TP Laboratorio Sistemas Materiales

Facultad Regional Sa San n Rafael – Química General 2017 Tema: Sistemas Materiales Trabajo Práctico de Laboratorio

UTN- FRSR- DEPARTAMENTO DE MATERIAS BÁSICAS Área: CIENCIA DE LOS MATERIALES Cátedra: QUÍMICA GENERAL Tema: Estados de la materia, cambio de estados Sistemas materiales Reacciones químicas, diferencias entre fenómenos físicos y químicos Diferencias entre mezclas y reacciones químicas 

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TRABAJO PRÁCTICO DE LABORATORIO OBJETIVOS DE PRÁCTICO 1. Estudiar los estados de la materia y sus cambios por uso de la energía. 2. Estudiar un sistema disperso. 3. El objeto de este trabajo práctico es el reconocimiento de los diversos tipos de mezclas. 4. Comparar las distintas operaciones físicas que permitan separar las diferentes fases de los sistemas heterogéneos. 5. Entrenarse para reconocer los métodos de fraccionamientos que permitan distinguir los métodos de separación de componentes de un sistema homogéneo.

MEZCLAS. SEPARACIÓN DE MEZCLAS Objetivos de las experiencias: Identificar y describir mezclas sencillas homogéneas y heterogéneas. Utilizar operaciones de laboratorio destinadas destinadas a la separación de fases de una mezcla, y ejercitarse en el manipuleo de las mismas. Diseñar por parte del alumno los pasos necesarios para la separación de una mezcla sencilla.

Introducción Para la realización de este trabajo práctico le recomendamos repasar lo aprendido en el capítulo de sistemas materiales de la asignatura Introducción a la Química. Fundamentalmente lo referido a mezclas homogéneas y heterogéneas, como así también los métodos mecánicos, físicos y químicos para su separación. 16

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Las reacciones químicas son procesos en la que ocurren rupturas y formaciones de enlaces químicos, con intercambio energético importante. Las reacciones más comunes son: a) Reacciones de combinación ó síntesis: Ocurren cuando dos o más sustancias se unen para dar lugar a otra más compleja: A +

B

AB

b) Reacciones de descomposición: Este tipo de reacción ocurre cuando a partir de una sustancia más compleja se obtienen otras más sencillas AB A + B c) Reacciones de desplazamiento ó sustitución: Cuando un elemento químico es desplazado de un compuesto por otro elemento, formándose un nuevo compuesto: AB + C A + CB d) Reacciones de doble desplazamiento: Este tipo de reacciones ocurren cuando se establece una doble sustitución: AB + CD AD + CB e) Reacciones de neutralización: Es un ejemplo particular de reacciones de doble desplazamiento, pues intervienen un ácido y una base y uno de los productos es el agua: HAc + Me(OH)

MeAc + H2O

f) Reacciones de precipitación: Otro caso particular de particular de reacciones de doble desplazamiento, pero en estos casos uno de los productos es una sustancia poco soluble y genera un sólido: AB + CD AD + CB

EXPERIENCIA DE LABORATORIO N° 1 Destilación simple Esta experiencia será demostrativa debido a la imposibilidad de contar con la cantidad de equipos para todo el curso. Repase los fundamentos de la destilación simple para poder comprender lo que sucede en la experiencia. En un vaso de precipitado de 250 mL se colocan aproximadamente l00 mL de agua destilada, y se agregan 5g de CuSO4, agitando. Observar y responder: ¿Cuántas fases hay? ¿Cuántos componentes? ¿Qué tipo de mezcla es?

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Introducir en el balón del equipo de destilación simple la mezcla y proceder a la separación de la misma. Anote todo lo que considere de importancia y consulte con su docente lo que no comprenda.

EXPERIENCIA DE LABORATORIO N° 2 Calentamiento de I2 para observar el cambio de estado del mismo. Efectúe una mezcla utilizando ARENA y I 2 (iodo). ¿Cuántos componentes tiene? ¿Cuántas fases? ¿Qué tipo de mezcla es?

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Para su separación se puede usar un método que se basa en la propiedad del yodo de pasar por calentamiento directamente de sólido a vapor y nuevamente a sólido. Esto lo podemos escribir así:

SÓLIDO

VAPOR

La razón de la doble flecha Ud. lo podrá deducir observando el funcionamiento del aparato cuyo esquema sigue:

Luego de la observación, anote sus conclusiones. Algunas sustancias materiales (pocas en las condiciones que Ud. efectuó la experiencia) cuando se calientan pasan directamente a la fase de vapor y al enfriarse (ejemplo sobre la superficie más fría como es el caso del aparato usado) vuelven directamente al estado sólido (SIN PASAR POR EL ESTADO LIQUIDO). Tal proceso se denomina

SUBLIMACIÓN, y esta propiedad nos facilita un método adecuado para la purificación de productos. En general la sublimación se efectúa en otras condiciones de laboratorio un poco más complejas como por ejemplo con aparatos que trabajan a presión reducida. En el caso de nuestra mezcla Ud. habrá advertido que uno de los componentes es fácilmente sublimable a presión atmosférica, lo que facilita la tarea.

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EXPERIENCIA DE LABORATORIO N° 3 Mezcle 20 mL de alcohol isobutilico y 20 mL de agua. Trabaje con un vaso de precipitado de tamaño adecuado que Ud. elija (tenga en cuenta que si es muy chico puede derramarse y si es muy grande su capacidad de observación se reducirá). Agite brevemente. Observe y anote el número de componentes y de fases. Para su separación busque una ampolla de decantación de tamaño adecuado, tapar la ampolla y agitar sosteniendo el tapón con el pulgar. Dejar la ampolla en reposo y observar que ocurre con el paso del tiempo.

Destape la ampolla, abra el robinete y deje salir la fase inferior recogiéndola en un recipiente adecuado hasta que el líquido superior llene el robinete. Recoger unas gotas de la fase inferior en un tubo de ensayo, agregar en el mismo tubo unas gotas de agua y observar. La fase que quedó dentro de la ampolla ¿ es agua o alcohol? Colocar luego un segundo recipiente para recibir la fase líquida restante. No descartar el alcohol isobutílico. ¿De qué depende la ubicación de las fases? 20


El agua ¿es más o menos densa que el alcohol isobutílico? Haga un esquema operativo de la ampolla.

EXPERIENCIA DE LABORATORIO N° 4 Usted encontrará mezclas de arena, limaduras de hierro y sulfato cúprico (CuSO 4) ya preparadas por el equipo docente. Sobre la base de su experiencia previa indique el tipo de mezcla. ¿Cuantas fases observa? ¿ Cuántos componentes hay en la mezcla?. Identifique fases y componentes. Imantación: Mediante imantación separar las limaduras de hierro del resto de la mezcla de sólidos. Coloque la mezcla restante en un vaso de precipitado adecuado y agregue 20 mL de agua destilada. Caliente el vaso sobre tela metálica y trípode agitando periódicamente con una varilla. Observe. Deje

sedimentar el sólido que no se disuelve.

SEDIMENTACIÓN es la separación que tiene lugar por diferencia de densidades. Un sólido mezclado con un líquido en el cual no es soluble, si se deja reposar sedimenta, es decir, el sólido más pesado va al fondo del recipiente. La velocidad con que lo haga dependerá de las diferencias entre el 21


sólido en cuestión y el líquido y de la viscosidad de este último. ¿Qué ocurrió con el CuSO 4? Anote sus observaciones. El esquema anterior lo ayudará a trabajar en el laboratorio. Trate de que todos sus elementos de trabajo se encuentren en condiciones adecuadas. 1. - Varilla 2. - Vaso de precipitado 3. - Trípode 4. - Mechero 5. - Tela metálica con amianto Una vez que ha sedimentado la mezcla se procederá a su separación utilizando dos técnicas de laboratorio clásicas. En primer lugar se procederá a DECANTAR el líquido sobrenadante, esto es la separación del líquido del sólido sedimentado. La misma se logra inclinando el recipiente hasta que vuelque el líquido dirigiendo el mismo con una varilla hacia el lugar elegido. También se puede decantar haciendo sifón, usando pipetas adecuadas, etc. En nuestro caso lo decantaremos dirigiéndolo con la varilla usada anteriormente sobre el embudo con papel de filtro previamente preparado, al mismo tiempo que se inclina el vaso. (Consulte al docente sobre esta operación). El líquido trasvasado se recoge sobre un cristalizador. En segundo lugar se procederá a la FILTRACIÓN de acuerdo al esquema anterior: Una vez pasado todo el resto del líquido por el embudo (que no se separó con la decantación, ya que este proceso nos sirve para separar la mayor cantidad pero no la totalidad), se pasa con la ayuda de la varilla todo el sólido (ARENA) al embudo . Las últimas partículas de arena se deben arrastrar con unos mililitros de agua destilada. Luego de todas estas operaciones Ud. tendrá separados por un lado una disolución en el cristalizador y una mezcla de sólidos en el papel de filtro. La FILTRACIÓN consiste en hacer pasar una mezcla de sólido y líquido a través de una materia filtrante (en este caso papel) cuyos poros DEJAN PASAR EL LIQUIDO pero no el sólido. Lo más común es filtrar a través de telas (ej. El clásico colador de café) o a través de papel. En el laboratorio se usa papel de filtro del que existen varios tipos que se comercializan con calidades diferentes y específicos para cada tarea (ej. distintos diámetros de poros lo que le otorga diferente capacidad filtrante). El papel se debe colocar en un embudo de vidrio o similar a los efectos de lograr la separación. Varios factores inciden en el proceso de filtración, uno de ellos que tiene particular importancia en la velocidad de filtración es la TEMPERATURA pues cuanto más caliente está el líquido, disminuye más su fricción interior (disminuye su viscosidad) y la filtración se acelera.

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Respecto a las técnicas para doblar correctamente el papel de filtro el docente le indicará la más adecuada.

LAVADO DEL PRECIPITADO: Observe la arena que se encuentra en el embudo. Puede tener todavía algunos restos de sulfato cúprico. Para asegurarse su total disolución se debe lavar la arena y observar el agua de lavado (si usa ese solvente en el proceso) pudiendo hacer una sencilla prueba química para verificar la inexistencia en este caso del sulfato cúprico. Con una pipeta adecuada vierta sobre la arena 2 a 3 mL de agua 5 o 6 veces. Este proceso se llama

lavado del precipitado . Entre cada lavado deje escurrir el agua y observe el color de la misma. ¿Qué conclusión puede sacar? Cuando el agua de lavado queda INCOLORA Ud. tiene la seguridad de que la mayor parte del sulfato cúprico fue arrastrado (lavado). El LAVADO DEL PRECIPITADO es la eliminación de las impurezas que quedan con el sólido separado ya sea por decantación o en el filtro. En nuestro caso que usamos papel de filtro y embudo se deben agregar pequeñas cantidades de líquido lavador (el mismo solvente usado en la disolución, en este caso agua) sobre el precipitado que se halla en el embudo. Hay que cuidar que no pase el nivel del papel pues podría caer por entre el papel y el embudo. Se deja escurrir y se puede lavar nuevamente. Se repite todas las veces que sea necesario. Es mucho mejor LAVAR VARIAS VECES CON UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE LIQUIDO DE LAVADO, QUE UNA SOLA VEZ CON MUCHA AGUA (O EL SOLVENTE QUE SE ESTÉ USANDO). Llegados a este punto en la separación hemos logrado tener la arena en el papel de filtro y la disolución de agua más sulfato cúprico en el cristalizador. Dado lo cual procederemos a trabajar con ambos.

CRISTALIZACIÓN: El líquido contenido en el cristalizador se concentra sobre tela metálica calentando suavemente hasta la cuarta parte del volumen original (unos 5 a 8 mL). CUIDADO: se debe tener la precaución que no haga ebullición violenta pues se producirán proyecciones de GOTITAS que llevarían disuelto sulfato cúprico dando pérdidas del sólido. 23


Observe. Interprete. La CRISTALIZACIÓN es la formación de cristales a partir de una disolución de un producto, o del producto fundido. La mayoría de los sólidos puros naturalmente dan estructuras con formas geométricas característica de cada uno (por ej. cúbico, hexagonal, etc.) que se pueden aislar convenientemente una vez que por los procesos apropiados se van separando de la disolución.

Disposición de los residuos: No tire en los desagües la arena ni tampoco el sulfato cúprico. La arena puede tapar las cañerías con las dificultades que ello acarrearía. El sulfato cúprico se debe recuperar pero si se le cae en la pileta, tire abundante cantidad de agua.

Los alumnos deberán traer un imán chico (al menos uno por cada grupo de trabajo). INFORME DE LABORATORIO Describa las experiencias realizadas. Elabore diagramas de bloques para separación de fases en caso de sistemas heterogéneos. Elabore sus CONCLUSIONES.

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