Fundamentos químicos en las operaciones de separación

Procedimientos químicos. Componentes. Mezcla. Experimento. Separación magnética. Decantación. Destilación. Cromatografía. Cristalización. Filtración. Deshumidificación. Imán. Fuerza centrífuga

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1)OBJETIVOS DE LA PRACTICA

Comprobar que una mezcla es simplemente la unión física de sustancias y que por lo tanto, dichas sustancias se pueden separar mediante procedimientos físicos.

Separar los componentes de una mezcla y adquirir habilidad en la aplicación de diferentes técnicas a través de la experiencia en el laboratorio.

2)PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Materiales:

-Vasos de precipitados.

-Bagueta

-Cápsula de porcelana

-Tubos de ensayo

-Gradillas para tubos de ensayo

-Rejilla metálica

-Cocina eléctrica

-Imán

-Balanza

-Papel filtro

-Equipo de destilación

-Plumón negro

Reactivos:

- Solución de nitrato de plata

- Alcohol de 70º

- Ácido salicílico

- Agua destilada

- Mezcla de sal, arena y limaduras de hierro

3) PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Separación magnética:

En la balanza taramos un vaso precipitado y pesamos 40grms de mezcla (arena, sal y limadura de hierro).

Procedimos a separar con el imán las limaduras de hierro vía atracción magnética en un papel bond.

El peso de las limaduras de hierro que obtuvimos fue:1.05 gramos.

Decantación:

El siguiente paso fue poner en un vaso de precipitados la mezcla sin el hierro agregándole primero 150 mL. de agua, agitamos con una bagueta para disolver toda la sal presente y dejamos reposar. Unos momentos después, agregamos 100ml más e hicimos el mismo procedimiento.

- A continuación decantamos a otro vaso precipitado separando el sólido del líquido.

Quedó un residuo en el vaso precipitado, así que luego le agregamos un poco más de agua destilada para filtrar el residuo en el embudo con papel filtro. (Filtración)

El residuo se agregó a la arena húmeda que luego colocamos a la luna de reloj (previamente ya habíamos obtenido el peso de la luna en la balanza).

Una vez seca la arena, la pesamos. Peso 26.30 grs.

Destilación y prueba con nitrato de plata:

Paralelamente separamos:

2 mL del líquido decantado en un tubo de ensayo, al cual le agregamos 2 gotas de nitrato de plata donde comenzó a formarse una nube densa de color blanco difundiéndose por toda la nueva solución para luego solidificarse en el fondo. De esta mezcla obtuvimos cloruro de plata que es el fondo blanco porque prácticamente es insoluble al agua y el nitrato de sodio que queda en la solución.

El saldo del líquido lo llevamos a destilar, donde pudimos observar mediante el proceso de destilación la separación del agua y la sal; comprobando que el agua una vez destilada ya no tenía sal. El proceso de destilación fue el siguiente: pusimos a hervir el agua con sal hasta que hierva, para evaporar el agua, a continuación este vapor de agua se condujo por el condensador (que se mantenía frío por el agua que pasaba alrededor del tubo) y este vapor nuevamente se convierte en agua pura.

Componente de la mezcla

Peso (gramos)

Composición de la mezcla

Limaduras

1.05

2.625 %

Arena

26.30

65.750 %

Sal

12.65

31.625 %

Cromatografía

Se procedió de la siguiente forma:

1. Primero procedimos a dibujar un punto con un plumón negro a 3cms en el papel de filtro

2. Llenamos 2.5cms. de alcohol en un tubo de ensayo.

3. Introdujimos el papel con el punto, dentro del tubo de ensayo con alcohol, sin que el alcohol lo tocara.

4. Dejamos reposar y observamos que la tinta se fue dispersando empezó a esparcirse en forma ascendente. Después de esperar un tiempo vemos la degradación de los colores. En este caso se muestran varios colores que son: negro, azul, celeste, verde, amarillo, cada uno de ellos representa un componente del color negro.

Con este experimento hemos podido comprobar a través de la cromatografía que el color negro es una mezcla de sustancias.

Cabe mencionar que en caso de usar plumón indeleble no ocurre cromatografía.

Cristalización

-Primero pesamos 1,5gr de ácido salicílico.

-Luego en un vaso de precipitados decantamos 50ml de agua, lo hervimos en una cocinilla eléctrica y sobre esta una rejilla metálica.

-Cuando termina de hervir retiramos el vaso de la cocinilla y le echamos el ácido

salicílico en el agua caliente. Utilizamos una bagueta para disolver la mezcla

-Para enfriarlo colocamos el vaso de precipitados en un recipiente con agua fría por 15 minutos.

-Finalmente observamos que se habían formado la cristalización.

4) RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Separación magnética, decantación y destilación:

- Mediante la separación magnética pudimos separar las limaduras de hierro de la mezcla obteniendo 1.05gms de limaduras de hierro

- Mediante la decantación separamos el sólido (arena) del líquido (agua con sal), obteniendo 26.30 gms. de arena.

- Mediante la destilación pudimos separar el agua de la sal, obteniendo agua purificada. Obteniendo 12.65 gms de sal (por diferencia)

Cromatografía

- Con este experimento hemos podido comprobar a través de la cromatografía que el color negro es una mezcla de sustancias. (celeste, azul y naranja en nuestra muestra)

Cabe mencionar que en caso de usar plumón indeleble no ocurre cromatografía.

Cristalización:

- Se cristalizó el ácido salicílico al ponerlo en agua hirviendo; dado que el ácido salicílico es poco soluble al agua.

Prueba del nitrato de plata:

- Como resultado de la mezcla del agua con sal + nitrato de plata obtuvimos: cloruro de plata (sólido) que es el fondo blanco porque prácticamente es insoluble al agua y el nitrato de sodio que queda en la solución. (líquido). Asimismo luego de destilar el agua volvimos a echar 2 gotas de nitrato de plata y no hubo reacción.

5) CUESTIONARIO

A) ¿Que característica hace que algunas sustancias sean atraídas por un imán?

Un imán atrae pequeños trozos de limadura de hierro, níquel y cobalto, o sustancias compuestas a partir de estos metales (ferromagnéticos). La imantación se transmite a distancia y por contacto directo. La región del espacio que rodea a un imán y en la que se manifiesta las fuerzas magnéticas se llama campo magnético .Las líneas del campo magnético revelan la forma del campo. Las líneas de campo magnético emergen de un polo, rodean el imán y penetran por el otro polo .Fuera del imán, el campo esta dirigido del polo norte al polo sur. La intensidad del campo es mayor donde están mas juntas las líneas (la intensidad es máxima en los polos).

Si espolvoreamos limaduras de hierro, arena y sal sobre un vidrio o una cartulina colocados sobre uno o varios imanes, obtendremos una figura llamada espectro magnético, que nos demostrará visualmente la forma del campo. Las limaduras se disponen formando líneas, llamadas líneas de fuerza del campo magnético. Hay una manera muy sencilla de conservar un espectro: sobre la hoja de papel donde se lo ha formado, se coloca una hoja de papel adhesivo transparente y las limaduras de hierro ya no se pueden mover más.

B) ¿Porque la sal es soluble en agua?

La carga parcial que se desarrolla a través de la molécula de agua la convierte en un excelente solvente. El agua disuelve muchas substancias al rodear partículas cargadas 'empujadas' hacia la solución. Por ejemplo, la sal común de mesa, el cloruro de sodio, es una sustancia iónica que contiene iones alternos de sodio y cloro

Cuando se añade sal de mesa al agua, las cargas parciales en la molécula de agua se sienten atraídas al Na+ y a los iones Cl-. Las moléculas de agua se encaminan hacia la estructura de cristal y entre los iones individuales, rodeándolos y disolviendo lentamente la sal. Las moléculas de agua van en realidad a alinearse de manera diferente dependiendo en los iones que están siendo empujados en la solución. La parte negativa de oxígeno de las moléculas de agua rodearan los iones de sodio positivos; las partes de hidrógeno positivas rodearán los iones de cloro negativos.

'Fundamentos químicos en las operaciones de separación'

'Fundamentos químicos en las operaciones de separación'

C) La decantación permite separar sólidos de líquidos. Averigüe acerca de otras técnicas que cumplen la misma función. Explique brevemente cada técnica.

Otras técnicas que nos permiten separar sólidos de líquidos son las sguts: Filtración y Centrifugación.

FILTRACION

Se aplica para separar un sólido de un líquido o un líquido turbio, a través de tubos medios porosos, reteniéndose el sólido o la suspensión en la superficie filtrante, mientras el líquido pasa a través de los poros. Los filtros se pueden construir a partir de tejidos de tela, papel de filtro, carbón de madera o polvo, etc.

CENTRIFUGACION

Con el objeto de acelerar la decantación, se somete la mezcla a la acción de la fuerza centrífuga, se coloca la mezcla en un recipiente adecuado y se hace girar a gran velocidad, esto deposita los sólidos en el fondo, quedando encima las sustancias más livianas. Este método es muy utilizado en las industrias de productos lácteos y en la industria azucarera

D) ¿Qué es la deshumidificación?

La deshumidificación es el proceso de retirar el vapor de agua contenida en el aire, llamada también humedad. Existen diferentes procesos para remover la humedad del aire, estos son: por enfriamiento, hasta alcanzar una temperatura por debajo del punto de rocío, por el incremento de la presión total, lo cual causa la condensación, y por último poner en contacto un desecante con el aire, con lo cual, la humedad del aire migra hacia el desecante, impulsado por la diferencia en las presiones de vapor entre el aire y el desecante.

DESHUMIDIFICACIÓN POR ENFRIAMIENTO

El aire puede deshumidificarse con sistemas de aire acondicionado convencionales de compresión de vapor. Estos enfrían al aire a una presión constante hasta una temperatura abajo de la temperatura del punto de rocío, ocurre que se condensa parte del vapor de agua presente en el aire. Este tipo de deshumidificación es el más utilizado en los equipos de aire acondicionado comercial y residencial. Para realizar este proceso el evaporador, del sistema de compresión de vapor, debe operar a una temperatura más baja que la que es requerida para extraer la carga de calor sensible de enfriamiento del espacio acondicionado, esto hace que el sistema tenga bajos coeficientes de operación (COP). Además, algunas veces es necesario recalentar el aire para evitar un excesivo enfriamiento sensible del espacio acondicionado.

DESHUMIDIFICACIÓN POR INCREMENTO DE LA PRESION

En este proceso la deshumidificación ocurre cuando se comprime el aire atmosférico hasta lograr la condensación del vapor de agua contenido en él.

DESHUMIDIFICACIÓN POR DESECANTES

En el caso de la deshumidificación con desecantes no es un proceso de enfriamiento propiamente dicho, se considera que es opuesto a un enfriamiento evaporativo. Antes de describir el proceso es conveniente definir ciertos conceptos que permitan entender, sin confusiones, el proceso de deshumidificación por desecantes.

E) Cuando se agrega nitrato de plata al agua salada, se forma un sólido blanquecino. ¿Qué es ese sólido? Escriba la ecuación química que describe el fenómeno

El sólido que se forma es nitrato de plata.

Y la ecuación química que describe este fenómeno es:

F) Elija un alimento y averigüe su composición. Reporte % de carbohidratos, % de grasa, % de proteínas y % de agua se ese alimento.

Componente

Contenido

Unidad

Agua

77,00

%

Carbohidratos

19,80

g

Proteína

1,50

g

Lípidos

Tr

g

Calcio

5,10

Mg.

Fósforo

44,0

Mg.

Fierro

0,30

Mg.

Potasio

378,0

Mg.

Sodio

3,70

Mg.

Vitamina A (valor)

0,00

UI

Tiamina

0,10

Mg.

Riboflavina

0,02

Mg.

Niacina

1,50

Mg.

Ácido ascórbico

13,00

Mg.

Valor energético

88,20

cal

Composición Nutritiva de 100g de papa cocida

G) Explique con sus propias palabras que es destilación.

La destilación consiste en hacer pasar una sustancia al estado de vapor por medio del calor y luego por refrigeración condensarla nuevamente.

'Fundamentos químicos en las operaciones de separación'

Funcionamiento del Aparato de Destilación

En el matraz de la izquierda, se calienta una mezcla. Los vapores que se forman suben por la columna vertical y luego se condensan en el tubo refrigerado inclinado hacia abajo y hacia la derecha, y por último se recoge en un matraz a la derecha.

h) Averigüe si la tinta de un plumón marrón es una mezcla de sustancias. Haga un breve ensayo de cromatografía en su casa. Si no tiene papel de filtro pruebe con otro papel. Reporte sus resultados.

1. Primero procedimos a poner un punto marrón a 3cms en el papel de filtro

2. Llenamos 2.5 cm. de alcohol en un vaso.

3. introdujimos el papel con el punto marrón, dentro del vaso con alcohol, sin que el punto tocara el alcohol

4. dejamos reposar y observamos que el punto comenzó a ascender, empezó a esparcirse. Después de observar un rato vemos el corrimiento de los colores. En este caso se muestran varios colores que son: azul, naranja, y amarillo, cada uno de ellos representa un componente del color marrón.

Con este experimento hemos podido corroborar a través de la cromatografía que el color marrón es una mezcla de sustancias.

Sal de mesa disolviéndose en el agua

El cloruro de sodio contiene Na+ y Cl- iones

'Fundamentos químicos en las operaciones de separación'

AgN03 + NaCl  AgCl + NaNO3