Universidad de Oriente Núcleo Anzoátegui Unidad de Estudios Básicos Departamento de Ciencias Laboratorio de Química I
Practica 2 Separación de los componentes de una mezcla
Profesor:
Integrantes:
Yelitza Martínez Sección 9 Grupo 5
Barcelona, 10 de Marzo de 2016
Índice
Introducción
3
Objetivos
4
Fundamentos teóricos
5
Procedimiento experimental
8
Materiales y equipos
10
Tabla de datos
11
Tabla de resultados
12
Discusión de resultados
13
Conclusiones
14
Bibliografía
15
Anexos
16
Glosario de términos
18
Introducción La mayoría de las sustancias que encontramos en la naturaleza son mezclas y de ellas se obtienen las sustancias puras mediante diferentes métodos de separación. Las sustancias puras se caracterizan porque tienen una composición fija y no pueden separarse por métodos físicos en otras sustancias más simples. Un sistema material es una mezcla de dos o más sustancias puras, de composición variable y en el que sus componentes pueden separarse por métodos físicos. Una mezcla es un conjunto de dos o más componentes diferentes que conservan sus propiedades. Existen dos tipos de mezclas: heterogéneas y homogéneas. Los diferentes métodos de separación de mezclas se clasifican en métodos físicos y métodos químicos. En la separación mediante métodos físicos, no cambia la naturaleza de las sustancias que formaban la mezcla. Los componentes siguen siendo los mismos, sólo que ahora están separados. En la separación mediante métodos químicos, sí cambia la naturaleza de las sustancias que formaban la mezcla inicial. Después de la separación se han obtenido sustancias nuevas. Este procedimiento se lleva a cabo mediante reacciones químicas. Para la separación de mezclas en el laboratorio se emplean distintos métodos que dependen de las características, el estado y propiedades físicas de los componentes de la mezcla a separar. Así, para mezclas homogéneas puede emplearse destilación, evaporación, cromatografía, extracción o cristalización. Para sistemas heterogéneos puede usarse decantación, imantación, tamización, filtración, sublimación, centrifugación o disolución seguida de filtración. En el laboratorio generalmente se requiere separar los componentes de una mezcla, bien sea para determinar su composición o para purificar los componentes y usarlas en reacciones posteriores. En esta práctica realizaremos una separación de una mezcla solido–sólido y también de una mezcla liquido–líquido a la vez que nos familiarizamos con el material de vidrio en el laboratorio para poder hacer un buen uso de ellos. Pondremos en práctica algunos procesos de separación de mezcla y determinaremos, una vez separada la mezcla el porcentaje de sal que había en la mezcla solido-sólido y la cantidad de alcohol recuperado de la mezcla liquido-liquido. La correcta separación de mezclas nos ayuda a poner en práctica todos los métodos que se presentarán, para separar mezclas; es importante saber sobre su estado físico, y características
Objetivos A. Estudiar y desarrollar los métodos de separación de mezclas. B. Familiarizarse con el material de vidrio y su uso adecuado.
Fundamentos teóricos La separación es la operación en la que una mezcla se somete a algún tratamiento que la divide en al menos dos sustancias diferentes. En el proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin cambio alguno en sus propiedades químicas. En química, un proceso de separación se usa para transformar una mezcla de sustancias en dos o más productos distintos. Los productos separados podrían diferir en propiedades químicas o algunas propiedades físicas, tales como el tamaño o tipo de cristal. Salvo muy pocas excepciones, casi todos los elementos químicos o compuestos químicos se encuentran naturalmente en un estado impuro, tales como una mezcla de dos o más sustancias. Muchas veces surge la necesidad de separarlos en sus componentes individuales. Las aplicaciones de separación en el campo de la ingeniería química son muy importantes. Un buen ejemplo es el petróleo. El petróleo crudo es una mezcla de varios hidrocarburos y tiene valor en su forma natural. Sin embargo, la demanda es mayor para varios hidrocarburos purificados, tales como gas natural, gasolina, diésel, combustible de jet, aceite lubricante, asfalto, etc. Los procesos de separación pueden ser clasificados como procesos de transferencia de masas. La clasificación puede basarse en los medios de separación, mecánico o químico. La elección de la separación depende de una evaluación de ventajas y desventajas de cada uno. Las separaciones mecánicas suelen ser favorecidas en lo posible, debido al menor costo de operación comparado con las separaciones químicas. Los sistemas que no pueden ser separados por medios puramente mecánicos (por ejemplo, el petróleo) hacen que la separación química sea la solución restante. La mezcla a tratar puede ser una combinación de dos o más estados de agregación. Dependiendo de la mezcla cruda, se pueden utilizar varios procesos para separar las mezclas. Muchas veces tienen que usarse dos o más procesos en combinación, para obtener la separación deseada. Además de los procesos químicos, también pueden aplicarse procesos mecánicos. Algunos métodos de separación de mezclas son:
Métodos físicos: Son aquellos métodos de los cuáles la mano del hombre interviene, para que estos métodos se produzcan. Decantación: (Métodos mecánicos). Separa los líquidos insolubles entre sí o sólido que no se disuelve en un líquido. Este es el método más sencillo y finalidad es lograr la mayor pureza posible. Existen diferentes tipos decantación:
no un su de
o Decantación sólido-líquido: Se utiliza cuando un componente sólido se encuentra depositado en un líquido. o Decantación líquido-líquido: se separan líquidos que no pueden mezclarse y tienen densidades diferentes; el líquido más denso se acumula en la parte inferior del sistema. En el laboratorio se usa un embudo de bromo, también conocido como embudo de decantación, o inclusive, embudo de separación. Filtración: Este método se usa para separar un sólido insoluble de un líquido. Se utiliza mucho en actividades humanas. Estos materiales permiten el paso del líquido, reteniendo el sólido. Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión por medio de un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo, filtro. En una suspensión en un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad. Generalmente al medio mecánico poroso usado para la separación mecánica se le llama filtros, tamices, cedazos, criba, o popularmente e incorrectamente: mallas o telas. Imantación: Se usa para separar materiales con propiedades magnéticas, de otras que no tengas es propiedad. Nos permite llevar la cualidad magnética de un cuerpo a otro y a partir de este procedimiento, al cuerpo que se le pegaron las propiedades magnéticas va a empezar a atraer magnéticamente a otros objetos. Se fundamenta en la propiedad de algunos materiales de ser atraídos por un imán. El campo magnético del imán genera una fuente atractora, que si es suficientemente grande, logra que los materiales se acercan a él. Para poder usar este método es necesario que uno de los componentes sea atraído y el resto no. Extracción: Separa una sustancia que se puede disolver en dos disolventes entre sí, con un diferente grado de solubilidad. Al realizar estas concentraciones de esta sustancia a cada disolvente a una temperatura específica, es constante. Tamización: Separa dos o más sólidos de los cuáles sus partículas tienen distintos grados se subdivisión. Trata en hacer pasar una mezcla de partículas de distintos tamaños por un tamiz o cualquier objeto con la que se pueda colar. Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o un colador. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz o colador atravesándolo y las de mayor tamaño quedan retenidas por el mismo. Un ejemplo podría ser: si se saca tierra del suelo y se espolvorea sobre el tamiz, las partículas finas de tierra caerán y las piedras y partículas de mayor tamaño de la tierra quedarán retenidas en el tamiz. De esta manera se puede hacer una clasificación por tamaños de las partículas. Evaporación o Cristalización: Se usa para separar un líquido de un sólido disuelto en el, por el calor o la disminución de la presión. La evaporación se
puede producir a cualquier temperatura, pero cuánto más elevada este, es más rápido realizarlo. Punto de ebullición: Cuando un líquido se va evaporando a determinada temperatura. Destilación: Sirve para separar dos líquidos que se pueden mezclar entre sí, que tiene diferente punto de ebullición. Esta técnica se utiliza para purificar o separar los líquidos de una mezcla líquida. Se basa en las técnicas de densidades que hay entre cada componente. Cromatografía: Es un fluido que a través de una fase, trata de que un sólido o un líquido estén fijados en un sólido. Se utiliza y se conoce como el método más simple ya que sus componentes se separan o manifiestan sus distintas afinidades por el filtro. Centrifugación: Puede separar sólidos de líquidos de distinta densidad a través de una fuerza centrífuga. La fuerza de está es provista por la máquina llamada centrifugadora, que imprime a la mezcla el movimiento de rotación que aplica una fuerza que origina la sedimentación de los sólidos.
Los métodos de separación de mezclas son los procesos físicos, que pueden separar componentes de una mezcla. Esta queda bajo un tratamiento que la divide en más de dos sustancias distintas. Los métodos de separación se basan en diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla, tales como: Punto de Ebullición Densidad, Presión de Vapor, Punto de Fusión, Solubilidad, etc. Las soluciones se pueden dar de acuerdo a la cantidad de soluto disuelto en cada solvente. Estos métodos nos ayudan mucho ya que separan sustancias, componentes, y todo esto se refiere a casi toda la materia que existe en nuestro planeta.
Procedimiento experimental A. Separación de una mezcla solido-solido
B. Separación de una mezcla liquido-liquido
Materiales y equipos -
Un vidrio de reloj Beaker de 100ml Capsula de porcelana Frasco lavador Nitrato de plata Balón de destilación Termómetro Mechero
Tabla de datos
Parte A. Separación de una mezcla solido-solido
Peso Muestra 0,5284g
Peso Capsula Vacía 49,1625g
Peso con Residuo 49,1826g
Peso Sal 0,0201g
Parte B. Separación de una mezcla liquido-liquido
Vol. Muestra 80ml
Vol. Alcohol Recuperado 15,5ml
Temp. Destilación 55°C
Tabla de resultados
Parte A. Separación de una mezcla solido-solido % de Sal en la Mezcla
3,80%
Parte B. Separación de una mezcla liquido-liquido % v/v de alcohol en la mezcla
19,37%
Discusión de resultados Parte A: Pesando 0,5284g de la mezcla sal-arena, la disolvimos en 10ml de agua destilada, procedimos a filtrar la disolución lavándola tres veces y comprobando que no quedara sal en la arena agregando nitrato de plata al agua de lavado depositada en una capsula de porcelana previamente pesada. Una vez comprobado no quedara sal procedimos a la técnica de separación de mezcla de evaporación, ya evaporada el agua y dejando en reposo la capsula de porcelana para que liberara el calor pasamos a pesarla en la balanza analítica. Por diferencia de pesadas calculamos un peso de 0,0201 gramos de sal dando como resultado un porcentaje de concentración del 3,80% mediante la fórmula: %m/m= (masa de sal/ masa de la solución)*100 Dando así una diferencia de 1,20% con respecto a porcentaje de concentración teórico de 5%.
Parte B: Con ayuda de la profesora y del preparador se montó el equipo de destilación, colocando en el cuello de un balón de destilación el termómetro y debajo del mismo una plancha para calentarlo y comenzar el proceso. Medidos primero en un cilindro graduado se tomaron 80ml de mezcla aceite-alcohol, para seguidamente pasar esta mezcla al balón de destilación y colocar dentro de él perlas de ebullición para hacer el proceso más controlado. Con este proceso en constante observación se anotó la temperatura de 55°C al destilar la primera gota de alcohol en el matraz aforado. Una vez destilada la última gota de alcohol se procedió a tomar la temperatura final siendo esta 86°C. Finalizado el proceso se pasó la cantidad de alcohol recuperado a un cilindro graduado para tomar una medida precisa, la cual fue de 15,5ml. En la práctica se calculó un porcentaje de concentración de alcohol en la mezcla de 19,37% con la fórmula de: %v/v= (volumen de alcohol/ volumen de la solución)*100 La diferencia con respecto al valor teórico 47% fue de 28%.
Conclusiones 1) Mediante los procesos de separación de mezclas filtración, evaporación y destilación se pudo conocer las concentraciones de diferentes componentes de las diferentes mezclas. 2) En esta práctica nos familiarizamos con los instrumentos de destilación, el vidrio de reloj, los cilindros graduados y el matraz aforado, siendo nuestro segundo encuentro con los últimos tres instrumentos.
Parte A Peso sal=capsulallena−capsula vacia
Peso sal=49,1826 g−49,1625 g=0,0210 g masa sal(g) m = x 100 m masa mezcla ( g) m 0,0201 g = x 100=3,80 m 0,5284 g
Parte B v volumen alcohol ( ml ) = x 100 v volumen mezcla ( ml ) v 15,5 ml = x 100=19,37 v 80 ml
Bibliografía 1. POVEDA JULIO CESAR, Química 10, Editorial Educar Editores. 2. CASTRO SÁNCHEZ NIDIA, Consultor Estudiantil tomo 2, Editorial Prolibros. 3. Técnicas de separación de mezclas. Educarchile.cl. http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=216881.
Anexos
Fig.1 Proceso de destilación.
Fig.2 Separación de aceite y agua mediante decantación. Fuente: educarchile.cl
Fig.3 Cristalización. Fuente: proindusitriales.blogspot.com.
Fig.4 Tamización. Fuente: sites.google.com
Fig.5 Filtración. Fuente: www.equiposylaboratorio.com
Glosario de términos Mezcla: es un material formado por dos o más componentes unidos, pero no combinados químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas. Mezcla homogénea: es aquella en la que no se pueden distinguir sus componentes. Mezcla heterogénea: es aquella en la que se pueden distinguir sus componentes. Agua destilada: es aquella sustancia cuya composición se basa en la unidad de moléculas de H2O y ha sido purificada o limpiada mediante destilación. Frasco lavador: Son frascos cerrados con un tapón atravesado por dos tubos. Por uno de ellos se sopla, saliendo el agua por el otro. Se utilizan para enjuagar el material de laboratorio, ya sea para disolver o para lavar. Nitrato de plata: es una sal inorgánica mixta. Este compuesto es muy utilizado para detectar la presencia de cloruro en otras soluciones. Disolución: es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o más sustancias puras que no reaccionan entre sí, cuyos componentes se encuentran en proporciones variables. Sustancia química: es materia con una composición química definida, compuesta por sus entidades; moléculas, unidades formulares y átomos. Hidrocarburos: son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno. Insoluble: que no puede ser disuelto ni diluido. Criba: es un utensilio que se emplea para limpiar el grano (principalmente del trigo) de la paja, el polvo y otros sólidos no deseados con que se haya mezclado. Fluido: es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. Tamiz: utensilio que se usa para separar las partes finas de las gruesas de algunas cosas y que está formado por una tela metálica o rejilla tupida que está sujeta a un aro
Cedazo: utensilio que se emplea para separar (cribar) materiales de diferente grosor, como la harina del salvado. Se conoce como tamiz al cedazo muy tupido generalmente utilizado para la determinación de curvas granulométricas en varios materiales. En los laboratorios de suelos se utilizan series estandarizadas de tamices. Soluto: sustancia que está disuelta en otra. Solvente: es una sustancia en la que se diluye un soluto (un sólido, líquido o gas químicamente diferente), resultando en una solución.
