Cristalización

Separación de disoluciones. Sólidos cristalinos. Sublimación. Evaporación. Fusión. Procesos endotérmicos

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RESUMEN

En la práctica se alcanzó la preparación de un compuesto por medio de la cristalización, técnica usada para separación y/o purificación de un compuesto sólido.

Al inicio de la práctica se hizo el cálculo correspondiente para obtener el peso de los reactivos utilizados en la práctica; NaCl (cloruro de sodio) y KNO3 (nitrato de Potasio), a dichos compuestos se le añadió 40ml de agua destilada, la cual fue calentada previamente a su punto de ebullición para disolver los compuestos. La mezcla se filtro al vació para eliminar los precipitados presentes, se transfirió el filtrado caliente a un beaker calentando de nuevo la solución hasta llegar a evaporar ¾ partes del la mezcla, seguidamente se sumergió la mezcla en hielo para cristalizar el compuesto para así filtrarlo de nuevo y eliminar el exceso de agua contenida. Se procedió a colocarlo en un crisol para secarlo durante 48 horas y así obtener un sólido cristalino.

El sólido obtenido fue pesado y en base al peso del mismo se obtuvo un porcentaje de recuperación de KNO3 de 84.16% con un margen de error de 15.83%.

RESULTADOS

  • PESO DE LOS PRODUCTOS A PARTIR DE LAS REACCIONES:

  • Obtenido por medio de los cálculos estequiometricos correspondientes:

    10.95 gr. NaCl

    18.94 gr. KNO3

  • PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN DE LA SAL FORMADA A PARTIR DE LAS CANTIDADES ESTEQUIOMETRICAS OBTENIDAS:

  • El porcentaje de recuperación se obtuvo por medio de la ecuación siguiente y los datos calculados:

    (ec.1) PR= DE/DT * 100%

    PR= 84.16% KNO3

    INTERPRETACIÒN DE RESULTADOS

    Los sólidos tienen características marcadas, tal es el caso de sus velocidades de difusión muy lentas, son casi impredecibles y conservan su forma y volumen. Sus fuerzas de atracción entre los átomos son relativamente fuertes y sus partículas se encuentran formando estructuras rígidas solamente con movimientos vibracionales. Hay dos tipos de sólidos “los sólidos cristalinos, poseen un ordenamiento estricto y regular, es decir, sus átomos, moléculas o iones ocupan posiciones especificas” (Ref. 1, Pág. 429). Y “los sólidos amorfos, carecen de una distribución tridimensional regular de átomos” (Ref. 1, Pág. 442). En la práctica se observo como se forma un sólido por medio de la cristalización, en este caso fueron utilizados los compuestos: NaCl y KNO3, el cual el NaCl posee una solubilidad en agua fría o caliente, ligeramente soluble en alcohol e insoluble en ácido clorhídrico concentrado, mientras que el KNO3 es altamente soluble en el agua presente una solubilidad de 316gr/litro a 200C. Dichas solubilidades permitieron llevar a cabo el proceso de cristalización, filtrado y calentamiento para obtener el sólido previsto. Tomando en cuenta que la solubilidad de las sustancias sólidas en agua aumenta con la temperatura, gracias a dicha solubilidad en la práctica se logro evaporar parte de la mezcla de NaCl y KNO3 con 40ml de agua destilada calentada hasta su punto de ebullición para disolver los compuestos, para luego llevar a cabo la filtración para poder eliminar cualquier clase de residuos en la mezcla, al calentarla de nuevo se observo la evaporación de la mezcla para luego filtrarla de nuevo y sumergirla en hielo, después de realizar los pasos anteriores, la mezcla tomo una apariencia cristalina, la cual es una propiedad característica física que poseen los sólidos:

    Sublimación:

    Cambio de una sustancia del estado sólido al vapor sin pasar por el estado líquido.

    Algunas de las moléculas de un sólido pueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuerzas de cohesión y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre: el sólido se sublima. Inversamente, al chocar estas moléculas gaseosas contra la superficie del sólido, pueden quedar retenidas, condensándose el vapor. El equilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la de condensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor que depende de la naturaleza del sólido y de la temperatura.

    Los olores característicos de muchas sustancias sólidas, como el yodo, el naftaleno, el yodoformo y los perfumes sólidos, son debidos a que estas sustancias tienen una presión de vapor apreciable a temperatura ambiente.

    Fusión:

    Cambio de una sustancia del estado sólido al líquido, normalmente por aplicación de calor. El proceso de fusión es el mismo que el de fundición, pero el primer término se aplica generalmente a sustancias como los metales, que se licuan a altas temperaturas, y a sólidos cristalinos. Cuando una sustancia se encuentra a su temperatura de fusión, el calor que se suministra es absorbido por la sustancia durante su transformación, y no produce variación de su temperatura. Este calor adicional se conoce como calor de fusión. El término fusión se aplica también al proceso de calentar una mezcla de sólidos para obtener una disolución líquida simple, como en el caso de las aleaciones. La entalpía de fusión, es la energía requerida para la transformación de líquido a vapor. Los metales que tienen puntos de fusión notablemente bajos, también tienen entalpías de fusión bajas. Las sustancias no polares que forman sólidos moleculares tienen punto de fusión bajos.

    Evaporación:

    Conversión gradual de un líquido en gas sin que haya ebullición. Las moléculas de cualquier líquido se encuentran en constante movimiento. La velocidad media de las moléculas sólo depende de la temperatura, pero puede haber moléculas individuales que se muevan a una velocidad mucho mayor o mucho menor que la media. A temperaturas por debajo del punto de ebullición, es posible que moléculas individuales que se aproximen a la superficie con una velocidad superior a la media tengan suficiente energía para escapar de la superficie y pasar al espacio situado por encima como moléculas de gas. Como sólo se escapan las moléculas más rápidas, la velocidad media de las demás moléculas disminuye; dado que la temperatura, a su vez, sólo depende de la velocidad media de las moléculas, la temperatura del líquido que queda también disminuye. Es decir, la evaporación es un proceso que enfría; si se pone una gota de agua sobre la piel, se siente frío cuando se evapora. En el caso de una gota de alcohol, que se evapora con más rapidez que el agua, la sensación de frío es todavía mayor. Si un líquido se evapora en un recipiente cerrado, el espacio situado sobre el líquido se llena rápidamente de vapor, y la evaporación se ve pronto compensada por el proceso opuesto, la condensación. Para que la evaporación continúe produciéndose con rapidez hay que eliminar el vapor tan rápido como se forma. Por este motivo, un líquido se evapora con la máxima rapidez cuando se crea una corriente de aire sobre su superficie o cuando se extrae el vapor con una bomba de vacío.

    La sublimación, fusión y evaporación, son procesos endotérmicos.

    CRISTALIZACIÓN:

    Técnica de separación de disoluciones en la que las condiciones se ajustan de tal forma que sólo puede cristalizar alguno de los solutos permaneciendo los otros en la disolución. Esta operación se utiliza con frecuencia en la industria para la purificación de las sustancias que, generalmente, se obtienen acompañadas de impurezas.

    En este proceso, una sustancia sólida con una cantidad muy pequeña de impurezas se disuelve en un volumen mínimo de disolvente (caliente si la solubilidad de la sustancia que se pretende purificar aumenta con la temperatura). A continuación la disolución se deja enfriar muy lentamente, de manera que los cristales que se separen sean de la sustancia pura, y se procede a su filtración. El filtrado, que contiene todas las impurezas, se suele desechar.

    Para que la cristalización fraccionada sea un método de separación apropiado, la sustancia que se va a purificar debe ser mucho más soluble que las impurezas en las condiciones de cristalización, y la cantidad de impurezas debe ser relativamente pequeña.

    Comúnmente las impurezas están presentes en concentraciones bajas y ellas regresan a la solución aun cuando la solución se enfría. Si se necesita una pureza extrema del compuesto, los cristales filtrados pueden ser sujetos a re-cristalización y, naturalmente, en cada cristalización resulta una pérdida del soluto deseado que se queda en el líquido madre junto con las impurezas.

    El solvente ideal para la cristalización de un compuesto particular es aquel que:

  • No reacciona con el compuesto.

  • Hierve a temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto.

  • Disuelve gran cantidad del compuesto cuando esta caliente.

  • Disuelve una pequeña cantidad de compuesto cuando esta frió.

  • Es moderadamente volátil y los cristales pueden ser secados rápidamente.

  • No es toxico, no es inflamable y no es caro las impurezas deberían ser insolubles en el solvente para que puedan ser separadas por filtración.

  • Y para finalizar la práctica se colocó la mezcla filtrada sobre un crisol y un papel filtro con el fin de calentarlo durante 48 horas para luego ser pesado y rotulado, observando claramente los cambios físicos anteriormente mencionados actuar sobre la mezcla para transformada en un sólido.

    CONCLUSIONES

  • Existen dos tipos de sólidos; los sólidos amorfos y los sólidos cristalinos, lo cual en este caso se trabajo con una clase de sólidos cristalinos.

  • Los sólidos poseen distintas características físicas como lo son la Cristalización, evaporación, fusión y sublimación.

  • Al mismo tiempo la sublimación, evaporación y fusión son proceso endotérmicos.

  • La solubilidad de las sustancias sólidas en agua siempre aumenta con la temperatura.

  • ANEXOS

  • PROCEDIMIENTO:

  • Se pesó 3/16 de mol de NaCl y 3/16 de mol de KNO3 en un Beaker de 100 ml.

  • Se añadió 40ml de agua destilada caliente casi a ebullición para disolver las sales.

  • Filtrar al vació la solución caliente, usando el filtro de vació.

  • Transferir el filtrado caliente a un beaker de 100ml, vuelva a calentar la solución hasta evaporar ¾ partes de ésta.

  • Espere 10 minutos y sumerja el beaker en baño de agua con hielo.

  • Luego de la formación de cristales, se procede a filtrar al vació, eliminando el exceso de agua.

  • Colocar papel filtro dentro de un crisol de porcelana (previamente tarado y rotulado) e introdúzcalo en una desecadora. Dejar secando durante 48 horas y luego pese de nuevo el contenido del crisol.

  • MUESTRA DE CALCULO:

  • No. De moles de NaCl:

    3/16 mol NaCl * 58.43gr NaCl = 10.95gr NaCl

    1 mol NaCl

    No. De moles de KNO3:

    3/16 mol KNO3* 101.066gr KNO3 = 18.94gr KNO3

    1 mol KNO3

  • DATOS CALCULADOS:

  • PESO FORMADO POR LOS PRODUCTOS A PARTIR DE LAS REACCIONES:

    No. Moles NaCl:

    3/16 mol NaNO3 * 1 mol NaCl * 58.46gr NaCl = 10.95gr NaCl

    1 mol NaNO3 1 mol NaCl

    No. Moles KNO3:

    3/16 mol KCl * 1 mol KNO3 * 101.066gr KNO3 = 18.94gr KNO3

    1mol KCl 1 mol KNO3

    PORCENTAJE DE RECUPERACIÓN DE LAS SALES A PARTIR DE LAS CANTIDADES ESTEQUIOMETRICAS ESPERADAS:

    Dados por la fórmula:

    PR= Porcentaje de recuperación

    DE= Dato experimental

    DT= Dato teórico

    (ec. 1) PR= DE * 100%

    DT

    PR= 15.94gr KNO3 * 100% = 84.16% KNO3

    18.94gr KNO3

  • ANÁLISIS DE ERROR:

  • El análisis de error es calculado con la siguiente fórmula:

    PE= Porcentaje de error

    DE= Dato experimental

    DT= Dato teórico

    (ec. 2) PE= DT- DE *100%

    DT

    PE= 18.94-15.94 * 100% = 15.83%

    18.94

    BIBLIOGRAFIAS

    1) Chang, Raymond “Química

    College Williams. Traducido del inglés.

    Séptima edición.

    Editorial McGraw - Hill.

    Colombia, 2002.

    Págs.: 429 - 442.

    2) Mycrosoft Encarta “Enciclopedia”

    Microsoft Corporation

    Reservados todos los derechos