Resumen En la práctica separación de mezclas homogéneas y heterogéneas, se introdujeron en una ampolla de decantación las soluciones que conformaban la mezcla heterogénea, estás son: aceite, etanol y una solución salina conformada por agua y cloruro de sodio. Antes de realizar el método de separación, se determinó la densidad de las soluciones, que fueron comparadas con la densidad teórica de las soluciones y con las densidades determinadas al finalizar la decantación. Varió el valor de las densidades al finalizar el proceso, con un error aceptable. Se recuperó en buena medida el volumen original introducido de cada solución, sin embargo, se perdió cantidades despreciables de este. Al recuperar la solución salina se dividió la mitad del volumen en dos beacker distintos y se procedió a realizar la separación de la mezcla homogénea a través del método de evaporación utilizando dos instrumentos distintos: un mechero Meker y una plancha de calentamiento. Los resultados de recuperación de sal de cada instrumento fueron determinados con un error muy grande, encontrando residuos de agua aún en la solución.
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Resultados Tabla No.1 – Porcentaje de recuperación y error de los componentes. Porcentaje de
Porcentaje de
recuperación [%]
error [%]
Solución salina
98.84
1.16
Etanol
99.71
0.29
Aceite
97.00
3.00
Método
Sustancia
Decantación
Fuente: Elaboración propia.
Tabla No.2 – Porcentaje de error de la densidad de los componentes. Método
Decantación
Porcentaje de
Sustancia
error [%]
Solución salina
2.58
Etanol
4.82
Aceite
0.33
Fuente: Elaboración propia.
Tabla No.3 – Porcentaje de recuperación del cloruro de sodio. Método
Evaporación
Instrumento
Porcentaje de recuperación [%]
Mechero
62.41
Plancha
81.34
Fuente: Elaboración propia.
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Interpretación de Resultados En la Tabla 2 se observa el porcentaje de error al calcular las densidades de las sustancias de forma experimental. El error de la solución salina se puede atribuir al dato teórico que se obtuvo para realizar el cálculo, esto debido a que el dato fue tomado para una temperatura de 25 °C que fue la más próxima que se obtuvo. “La densidad de la mayoría de los líquidos aumenta conforme disminuye la temperatura” (Dr. Massol, 2002, p.9). En la Tabla 1 se verifica que se recuperó casi en su totalidad las sustancias al finalizar la decantación. Sin embargo, las pequeñas variaciones que se presentan son ocasionadas por error humano, al derramar parte de los líquidos en el momento de introducirlos o retirarlos de la ampolla de decantación. En la Tabla 3 se observa que el mechero evaporó la mayor cantidad de agua en la solución y presenta el dato más próximo al 50%, que es el valor esperado. Los dos métodos presentan un gran error numérico, el que se justifica por el corto tiempo en el que se expusieron las soluciones al calor, para evaporar el agua. Se debe tomar en cuenta el tiempo en que tarda en calentarse la plancha y la temperatura a la que se ajusta, lo cual podría determinar un mejor resultado al ser configurada de mejor manera.
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Conclusiones El método de decantación recuperó en buena medida las soluciones introducidas para la mezcla heterogénea. Por el contrario, el método de evaporación presentó grandes errores en la recuperación de cloruro de sodio, en ambos instrumentos. Los porcentajes de recuperación de las sustancias utilizadas para la mezcla heterogénea presentan valores aceptables y errores poco significativos. El aceite es la sustancia con el error más grande. Las densidades de las sustancias, antes de utilizar el método de decantación, presentan un porcentaje de error más grande que el obtenido después de aplicar el método. El aceite a pesar de tener el porcentaje de recuperación más bajo presenta una densidad experimental más cercana al valor teórico. Los métodos de evaporación no cumplieron completamente su objetivo, reflejando porcentajes de recuperación más altos de lo esperado. Lo que indica que el agua de la sustancia no fue completamente evaporada, aunque el mechero presenta un mejor resultado.
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Procedimiento Procedimiento para la decantación. 1. Se limpió el área de trabajo. 2. Se taró una probeta de 25 mL. 3. Se midieron 25 mL de la solución de cloruro de sodio. 4. Se midió la masa de la probeta más la solución salina. 5. Se realizaron los pasos del 2 al 4 utilizando 25 mL de etanol. 6. Se realizaron los pasos del 2 al 4 utilizando 25 mL de aceite. 7. Se preparó el equipo de decantación. 8. Se colocaron las sustancias en la ampolla de decantación, se inició con la de mayor densidad, hasta llegar a la de menor densidad. 9. Se decantó y recuperó en un Beaker de 100 mL. 10. Se taró una probeta. 11. Se midió el volumen de etanol con la probeta. 12. Se midió la masa total (masa probeta + masa etanol) y se anotó el dato. 13. Se realizaron los pasos del 10 al 12, para el aceite y la solución salina. 14. Se descartaron el aceite y el etanol, en los recipientes adecuados. Procedimiento para la evaporación de la mezcla cloruro de sodio – agua. 1. Se colocó la mitad de la solución salina decantada anteriormente en otro Beaker de 100 mL. 2. Se armó el equipo de calentamiento y se encendió el mechero de acuerdo a las normas establecidas. 3. Se realizó la evaporación de la solución salina contenida en uno de los beacker, utilizando una llama de intensidad intermedia. 4. Se realizó la evaporación de la segunda muestra de solución salina con la plancha de calentamiento. 5. Se dejó enfriar los beacker. 5
6. Se midió la masa de cada beacker al finalizar la evaporación. 7. Se descartó el cloruro de sodio, colocándolo en una hoja de papel mayordomo.
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Hoja de Datos Originales
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Muestra de Cálculo 1. Determinación de la masa de las sustancias utilizadas.
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𝑚𝑠 = 𝑚𝑡 − 𝑚𝑖
(ecuación n. 1)
Donde: 𝑚𝑠 : masa de la sustancia en gramos. 𝑚𝑡 : masa total (masa de la sustancia + masa de la probeta) en gramos. 𝑚𝑖 : masa del instrumento (probeta de 25mL o Beaker de 100mL) en gramos. Utilizando la muestra de etanol se tiene los siguientes datos: 𝑚𝑡 = 77.877 g. 𝑚𝑖 = 57.138 g. Sustituyendo los datos en la ecuación n.1, 𝑚𝑠 = 77.877 𝑔 − 57.138 𝑔 𝑚𝑠 = 20.739 𝑔 Se utilizó la ecuación 1 para determinar la masa del aceite, el etanol, la solución salina y el cloruro de sodio. Los datos se encuentran tabulados en la Tabla No. 1 de la sección de datos calculados.
2. Determinación de la masa teórica de la solución de cloruro de sodio. % 𝑚⁄𝑚 =
𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑚𝑡
∗ 100
(ecuación n. 2)
Donde: % 𝑚⁄𝑚: porcentaje masa-masa. 𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 : masa del cloruro de sodio en gramos. 𝑚𝑡 : masa total de la solución en gramos.
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Para la muestra de cloruro de sodio se tienen los siguientes datos: % 𝑚⁄𝑚 = 12 𝑚𝑡 = 26.69 g Sustituyendo los datos en la ecuación n.2, 𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 =
% 𝑚⁄𝑚 ∗ 𝑚𝑡 100
𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 =
12 ∗ 26.69 𝑔 100
𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 = 3.203 𝑔 Se empleó la ecuación 2 para determinar la masa del cloruro de sodio en la solución salina. El dato se encuentra tabulado en la Tabla No. 1 de la sección de datos calculados.
3. Determinación de la densidad de las sustancias utilizadas. 𝜌𝑠 =
𝑚𝑠
(ecuación n. 3)
𝑉𝑠
Donde: 𝜌𝑠 : densidad de la sustancia en g/mL. 𝑚𝑠 : masa de la sustancia en gramos. 𝑉𝑠 : volumen utilizado de la sustancia en mL. Utilizando la muestra de etanol se tienen los siguientes datos: 𝑚𝑠 = 20.739 g. 𝑉𝑠 = 25 mL. Sustituyendo datos en la ecuación n.3, 𝜌𝑠 =
20.739 𝑔 25 𝑚𝐿 10
𝜌𝑠 = 0.829 𝑔⁄𝑚𝐿 Se empleó la ecuación 3 para determinar la densidad del etanol, el aceite y la solución salina. Los datos se encuentran tabulados en la Tabla No. # de la sección de datos calculados.
4. Determinación del porcentaje de recuperación de masas y volúmenes de las sustancias. %𝑅 =
𝑣𝑎𝑙𝑓 𝑣𝑎𝑙𝑖
∗ 100
(ecuación n. 4)
Donde: %𝑅: porcentaje de recuperación. 𝑣𝑎𝑙𝑓 : valor obtenido al final de la decantación en gramos para masas y mL para volúmenes. 𝑣𝑎𝑙𝑖 : valor obtenido antes de la decantación en gramos para masas y mL para volúmenes. Utilizando la muestra de etanol se tienen los siguientes datos: 𝑣𝑎𝑙𝑓 = 20.68 g. 𝑣𝑎𝑙𝑖 = 20.74 g. Sustituyendo los datos en la ecuación n.4, %𝑅 =
20.68 𝑔 ∗ 100 20.74 𝑔
%𝑅 = 99.71% Se empleó la ecuación 4 para determinar el porcentaje de recuperación de las masas de las sustancias utilizadas en el método de decantación y el porcentaje de recuperación de los volúmenes de dichas sustancias al finalizar la decantación. Los datos de las masas se encuentran tabulados en la Tabla No. 2 y los datos de los volúmenes en la Tabla No. #, ambas en la sección de datos calculados.
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Análisis de Error 1. Determinación del error absoluto para las densidades de las sustancias utilizadas. 𝐸𝑎 = |𝑑𝑡 − 𝑑𝑒 |
(ecuación n. 5)
Donde:
𝐸𝑎 : error absoluto de la densidad de la sustancia en g/mL. 𝑑𝑡 : dato teórico de la densidad de la sustancia en g/mL. 𝑑𝑒 : dato experimental de la densidad de la sustancia en g/mL. Utilizando la muestra de etanol se tienen los siguientes datos: 𝑑𝑡 = 0.789 g/mL. 𝑑𝑒 = 0.829 g/mL. Sustituyendo los datos en la ecuación n.5, 𝐸𝑎 = |0.789
𝑔 𝑔 − 0.829 | 𝑚𝐿 𝑚𝐿
𝐸𝑎 = 0.04
𝑔 𝑚𝐿
Se utilizó la ecuación 5 para determinar el error absoluto de las densidades de aceite, etanol y la solución salina. Los datos se encuentran tabulados en la Tabla No. # de la sección de datos calculados. 2. Determinación del porcentaje de error relativo para las densidades de las sustancias utilizadas. %𝐸 =
|𝑑𝑡 −𝑑𝑒 | 𝑑𝑡
∗ 100
(ecuación n. 6)
Donde: %𝐸: porcentaje de error relativo de la densidad de la sustancia.
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𝑑𝑡 : dato teórico de la densidad de la sustancia en g/mL. 𝑑𝑒 : dato experimental de la densidad de la sustancia en g/mL. Utilizando la muestra de etanol se tienen los siguientes datos:
𝑑𝑡 = 0.789 g/mL. 𝑑𝑒 = 0.829 g/mL. Sustituyendo los datos en la ecuación n.6,
𝑔 𝑔 |0.789 𝑚𝐿 − 0.829 𝑚𝐿| %𝐸 = ∗ 100 𝑔 0.789 𝑚𝐿 %𝐸 = 5.07% Se utilizó la ecuación 6 para determinar el porcentaje de error relativo de las densidades del aceite, el etanol y la solución salina. Los datos se encuentran tabulados en la Tabla No. # de la sección de datos calculados.
3. Definición de las incertezas de los instrumentos utilizados para medición. Tabla No.4 – Incertezas de los instrumentos de medición. Instrumento
Incerteza
Probeta de solución salina
±0.25 mL
Probeta de etanol
±0.25 mL
Probeta de aceite
±0.50 mL
Balanza
±0.001 g
Fuente: Elaboración propia.
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Datos Calculados Tabla No.5 – Masa de las sustancias. Método
Decantación
Sustancia
Masa al Inicio [g]
Masa al final [g]
Solución salina
26.69
26.38
Etanol
20.74
20.68
Aceite
22.69
22.01
Cloruro de Sodio Evaporación
Mechero Cloruro de Sodio
1.997 3.20 2.603
Plancha Fuente: Elaboración propia.
Tabla No.6 – Porcentaje de recuperación de la masa de las sustancias. Método
Decantación
Sustancia
recuperación [%]
Solución salina
98.84
Etanol
99.71
Aceite
97.00
Cloruro de Sodio Evaporación
Porcentaje de
Mechero Cloruro de Sodio Plancha
62.41
81.34
Fuente: Elaboración propia.
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Tabla No.7 – Porcentaje de error en las masas al ser recuperadas por método de decantación. Método
Decantación
Sustancia
Porcentaje de error [%]
Solución salina
1.16
Etanol
0.29
Aceite
3.00
Fuente: Elaboración propia.
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Tabla No.8 – Volumen de las sustancias. Volumen al inicio
Volumen al final
[mL]
[mL]
Solución salina
25
25
Etanol
25
25
Aceite
25
24
Método
Sustancia
Decantación
Fuente: Elaboración propia. Tabla No.9 – Porcentaje de recuperación del volumen de las sustancias. Método
Porcentaje de
Sustancia
recuperación [%]
Solución salina
100
Etanol
100
Aceite
96
Decantación
Fuente: Elaboración propia. Tabla No.10 – Densidad de las sustancias. Método
Decantación
Densidad
Densidad al
Densidad al
teórica [g/mL]
inicio [g/mL]
final [g/mL]
Solución salina
1.083
1.067
1.055
Etanol
0.789
0.829
0.827
Aceite
0.920
0.907
0.917
Sustancia
Fuente: Elaboración propia.
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Tabla No.11 – Porcentaje de error relativo de la densidad de las sustancias. Método
Decantación
Error Relativo
Error Relativo
al inicio [%]
al final [%]
Solución salina
1.48
2.58
Etanol
5.07
4.82
Aceite
1.41
0.33
Sustancia
Fuente: Elaboración propia. Tabla No.12 – Error absoluto de la densidad de las sustancias. Método
Decantación
Error Absoluto
Error Absoluto
al inicio [g/mL]
al final [g/mL]
Solución salina
0.016
0.028
Etanol
0.040
0.038
Aceite
0.013
0.003
Sustancia
Fuente: Elaboración propia.
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Bibliografía
KOTZ, JOHN y TREICHEL, PAUL M. 2004. QUIMICA Y REACTIVIDAD QUIMICA (5ª ED.). México : THOMSON PARANINFO, 2004. 9789706863072. Massol, Arturo. 2002. Recinto Universitario de Mayagüez. [En línea] Universidad de Puerto Rico,
22
de
Julio
de
2002.
[Citado
el:
3
de
Septiembre
de
2017.]
http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p2-temperatura.pdf. Perry, J. H. 1966. Manual del Ingeniero Químico. 3ª edición. México : UTHEA, 1966.
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