Técnicas y operaciones básicas en laboratorio

1. Objetivos.

Determinar las características de los diferentes tipos de mezcla. Utilizar el método adecuado de separación para los diferentes tipos de mezcla. Determinar el rendimiento de la técnica empleada.

2. Fundamento teórico.

Mezcla.Se considera mezcla a la agregación de varias sustancias o cuerpos que no se combinan químicamente entre sí, entre las características de mayor relevancia para las mezclas se tiene las siguientes.

a) Los componentes de toda mezcla no pierden sus propiedades.b) Los componentes intervienen en proporciones variables.c) Los componentes pueden ser separados por procedimientos físicos o mecánicos.d) Al formarse una mezcla se puede producir o no absorción, o perdida de calor.

Las mezclas pueden presentarse bajo diferentes características, motivo por el cual se clasifican en:

a) Mezclas homogéneas: son totalmente uniformes (no presentan discontinuidades al ultramicroscopio) y presentan iguales propiedades y composición en todo el sistema. Algunos ejemplos son la salmuera, el aire. Estas mezclas homogéneas se denominan soluciones.

Los coloides: son partículas con tamaño que oscila entre 10-7 y 1-5 cm. Estas mezclas tienen una fase dispersante (disolvente) y una fase dispera (soluto); ejemplo. leche, gelatina, quesos, etc.

Las soluciones: Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias dispersadas como moléculas, átomos o iones, en vez de permanecer como agregados de regular tamaño. Una de las sustancias que forman la solución se denomina disolvente; suele ser el componente que se encuentra en mayor cantidad. La otra u otras sustancias en la solución se conocen como solutos; ejemplo: agua de mar, limonada, té, refrescos, alcohol, etc.

b) Mezclas heterogéneas: no son uniformes; en los que puede observarse la discontinuidad a simple vista (sal y carbón, por ejemplo); en otros casos, debe usarse una mayor resolución para observar la discontinuidad. Hay dos tipos de mezclas heterogéneas:

Mezclas groseras: son aquellas que tienen componentes diferenciables por su gran tamaño. Por ejemplo: granito (mica, cuarzo y feldespato).

Suspensiones: Suspensión se denomina a las mezclas que tienen partículas finas suspendidas en un líquido durante un tiempo y luego se sedimentan. En la fase inicial se puede ver que el recipiente contiene elementos distintos. Se pueden separar por medios físicos. Algunos ejemplos de suspensiones son el engrudo (agua con harina) y la mezcla de agua con aceite.

TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS.

Los procedimientos por los cuales se aíslan los componentes de las mezclas se denominan métodos de separación, los cuales pueden ser físicos o mecánicos dependiendo de la naturaleza de la mezcla y sus componentes.

Procedimientos físicos.Destilación Evaporación Cromatografía

Procedimientos mecánicos.FiltraciónImantación

DecantaciónTamizado

Centrifugado

Evaporación.Aquí un sólido soluble y un líquido por medio de temperatura de ebullición la cual evaporara completamente y luego por condensación se recuperara el liquido mientras que el sólido quedara a modo de cristales pegado en las paredes del recipiente de donde podría ser recuperado.

Punto de ebullición: cuando un líquido a determinada temperatura se va evaporando. Todos los líquidos presentan diferentes puntos de ebullición.

Filtración.

Es aplicable para separar un sólido insoluble de un líquido se emplea una malla porosa tipo colador, la mezcla se vierte sobre la malla quedando atrapada en ella el sólido y en el otro recipiente se depositara el líquido, de ese modo quedan separados los dos componentes.

De esta manera estos materiales son quienes permiten que  solamente pase el líquido,  reteniendo al sólido.

La decantación

La decantación es un proceso físico de separación de mezclas, especial para separar mezclas heterogéneas, estas pueden ser exclusivamente líquido – líquido ó sólido – líquido.

Esta técnica se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que dejándolos en reposo se separen quedando el más denso arriba y el más fluido abajo.

Para realizar esta técnica se utiliza como instrumento principal un embudo de decantación, que es de cristal y está provisto de una llave en la parte inferior.

Cromatografía:

La separación de determinados componentes de una mezcla la cual sea homogénea,

Técnica que se usa para permitir separar aquellos componentes de una mezcla, para ello se hace pasar a través de un absorbente (que se adhiere a una superficie).

Se conoce y utiliza como metodología más simple es la que usa papel como medio absorbente, el papel es el filtro en esta Cromatografía, y el solvente el liquido alcohol o agua.

Estos componentes se separan cuando estos componentes manifiestan sus diferentes afinidades por el filtro de papel o bien el disolvente que acciona.

Podemos ver que la tinta de plumón parece como totalmente homogénea, sin embargo al estar formada por distintos componentes se pueden separar con facilidad, para ello solo requerimos dejar correr en un medio que sea absorbente por acción de un disolvente.

Nombremos algunos ejemplos que se pueden usar para este método, los productos que se usan como medio de absorción pueden ser, arena, papel, tiza, filtro, etc.

El tamizado.

Es un método de separación de los más sencillos, consiste en hacer pasar una mezcla de cualquier tipo de sólidos, de distinto tamaño, a través de el tamiz.

Los granos más pequeños atraviesan el tamiz y los más grandes son retenidos, de esta forma podrás separa dos o más sólidos, dependiendo tanto de dichos sólidos como el tamizador que utilizamos.

Imantación.

Cuando una mezcla contiene un elemento magnético, se puede separar del otro componente utilizando un imán.

Centrifugación.

Es un procedimiento que se utiliza cuando se quiere acelerar la sedimentación. Se coloca la mezcla dentro de una centrifuga, la cual tiene un movimiento de rotación constante y rápido, lográndose que las partículas de mayor densidad, se vayan al fondo y las más livianas queden en la parte superior.

Un ejemplo lo observamos en las lavadoras automáticas o semiautomáticas. Hay una sección del ciclo que se refiere a secado en el cual el tambor de la lavadora gira a cierta velocidad, de manera que las partículas de agua adheridas a la ropa durante su lavado, salen expedidas por los orificios del tambor.

Destilación: esta separación de mezcla se aplica para separar una mezcla de mas de dos o más líquidos miscibles, los líquidos como condición deben de tener por lo menos 5º de diferencia del punto de ebullición.

De esta forma se irá calentando hasta llegar al punto de ebullición del primer liquido, se mantendrá esta temperatura colocando o sacando el mechero para mantener la temperatura de ebullición, a modo de calor regulado de vaporización, cuando ya no se observa vapores se aumenta la temperatura al punto de ebullición del segundo liquido, podría ser repetitiva la operación según el número de líquidos que contenga la mezcla.

Los vapores que se producen pasan por un condensador o refrigerante de tal manera que los vapores se irán recuperando en recipientes.

3. Materiales y reactivos.

Reactivos. 10ml de aceite 5g de sal de

cocina

Agua Arena Fósforo

Hielo

Materiales. 1 Embudo de vidrio 1 Soporte Universal 1 Cápsula de porcelana 1 Probeta de 50 ml

1 disco de papel filtro 1 Embudo de decantación 1 Espátula y agitador 1 Vidrio reloj

1 Balanza 2 Vasos de pp de 100ml 1 Aro metálico pequeño 2 Pipetas de 5-10ml 1 Trípode 1 Rejilla de amianto o triángulo

1 Piseta Termómetro Mechero bunsen o cocinilla

eléctrica Pinza de crisol Probeta

4. Procedimiento.

Procedimiento de Decantación

En un vaso pp. colocar 10ml. de aceite vegetal y 20 ml de agua. Mezclar cuidadosamente con el agitador. Transferir la mezcla a un embudo de decantación. Tapar el embudo de decantación y dejar reposar la mezcla hasta que se puedan distinguir las fases, luego quitar el tapón abrir la llave del embudo y dejar salir el agua. Al aproximarse el nivel del aceite reducir la velocidad de salida del líquido. cuando sólo quede aceite en el embudo transferir a una probeta graduada y medir el volumen.

Procedimiento de Filtrado

En un vaso de pp. mezclar 5 gr. de NaCl y 5 gr de arena. añadir 20 ml de agua y mezclar con el agitador. Observar cómo cambia la apariencia de la arena y el cloruro de sodio al combinarse con agua.

Doblar el papel filtro previamente pesado, abrir formando un cono y colocar en el embudo humedecido con agua de la piseta para fijarlo. Colocar el embudo en un porta embudos o en el aro metálico, introducir el tallo en el vaso de precipitados.

Verter la mezcla preparada sobre el papel cuidadosamente, transferir todos los residuos de arena arrastrando con agua contenida en la piseta.

Al final verter agua sobre el papel filtro para que baje hasta el vaso de precipitados, colocar el papel filtro con la arena en un vidrio de reloj, colocar sobre un aro metálico con rejilla de amianto y someterla al calor lento del mechero hasta alcanzar la sequedad. Dejar enfriar y pesar.

Procedimiento de evaporación

Pesar la cápsula de porcelana vacía y seca, verter el líquido filtrado en el procedimiento anterior, colocar en el trípode sobre la rejilla de amianto y someterla al calor lento del mechero hasta la sequedad. Dejar enfriar la cápsula y pesar.

Cambio de estado.

En un vaso de precipitados poner los cubos de hielo, con el termómetro medir su temperatura recubriendo este lo mejor posible con los hielos; luego poner el vaso sobre la cocinilla eléctrica. Medir otra vez la temperatura cuando se observe que gran parte del hielo este en estado líquido, cuidando de no tomar la temperatura en el fondo ni los costados del vaso de precipitados. Finalmente tomar la temperatura cuando el agua esté empezando a evolucionar, tomando los cuidados anteriores.

5. Datos.

Procedimiento de Decantación

Volumen inicial de aceite= 10 ml

Volumen inicial de agua= 20 ml

Volumen de agua recuperada= 19 ml

Volumen de aceite recuperado= 11 ml

Procedimiento de Filtrado

Masa inicial de sal= 5 gr

Masa inicial de arena= 5 gr

Volumen de agua= 20 ml

Volumen recuperado del filtrado= 19.5 ml

Masa inicial del papel filtro= 0.88 gr

Masa final papel filtro= 5.51 gr

Procedimiento de evaporación

Masa inicial cápsula de porcelana= 92.34 gr

Masa final cápsula de porcelana= 99.87 gr

Cambio de estados

Temperatura de congelación= 0 ºC

Temperatura de fusión= 10 ºC

Temperatura de ebullición= 92 ºC

6. Cálculo y resultados. Realice un cuadro comparativo con las características observadas de las

sustancias usadas en los procedimientos de separación.

Sustancia Estado Físico Aspecto ColorAceite liquido aceitoso amarillentoAgua liquido cristalino claroSal solido blanco

Arena solido grumoso cafe

Clasificar las mezclas usadas como homogéneas o heterogéneas.

Mezcla TipoSal + Agua homogéneasArena + Sal +Agua heterogéneasAgua + Aceite heterogéneas

Encuentre el rendimiento de los métodos de separación usados.

Rendimiento=masa recuperadamasa inicial

∗100%

Rendimineto= volumenrecuperadovolumen inicial

∗100%

Método de separación Porcentaje de recuperaciónDecantación Porcentaje del aceite 110%

Porcentaje del agua 95%Filtración Porcentaje del agua 97.5%

Porcentaje de la arena 92.6%Evaporación Porcentaje de la sal 142.4 %

7. Conclusiones sobre los resultados obtenidos.

Hemos determinado las características de nuestras mesclas que dos eran heterogéneas y una era mescla heterogénea; también comprobamos los métodos de separación de mesclas que fueron: la decantación, filtración y evaporación.

En las tres técnicas de separación obtuvimos un promedio de rendimiento de 107% eso nos indica que tuvimos mayor masa recuperada que masa inicial, en algunos casos.

8. Cuestionario. a) ¿Cómo se clasifica la materia?

La materia se clasifica en sustancias puras y mesclas, La cuales a su ves se clasifican en elementos, compuestos, mesclas homogeneas y soluciones heterigeneas.

b) ¿Qué características distinguen las mezclas homogéneas y heterogéneas?

Las mesclas homogeneas sob las que tiene partículas indistinguibles a simple vista las mesclas heterogéneas son las que se pueden reconocer sus diversos compuestos y partículas a simple vista.

c) Por qué métodos separaría las siguientes mezclas:

Limaduras de hierro + arena

IMANTACION

Clorofila de las plantas

CENTRIFUGADO

Cafeína de té

DECANTACION

d) Mencione 5 ejemplos de mezclas homogéneas y 5 de mezclas heterogéneas.

Homogeneas todas las soluciones

Agua + sal

Agua + azúcar

Una aleación

mayonesa

Agua + alcohol

Heterogéneas

Arena + agua

Agua + hielo

Limaduras de hierro + polvo de azufre

Aceite + agua

Tierra + agua

e) ¿En qué casos se emplea la filtración en vacío?

Este método es mas rápido que la filtración habitual por gravedad y esta indicada cuando dichos procesos de filtración son muy lentos.

f) ¿Si para separar una mezcla se puede emplear más de un método de separación, ¿en qué características se basaría para emplear uno u otro método?

g) En que sea una solución liquida asi se puede usar el método de filtración, evaporación y decantación.

9. Bibliografía.

http://www.unlu.edu.ar/~qui10017/Quimica%20COU%20muestra%20para%20IQ10017/Cap%A1tulo%20VIa.htm

http://quimicalibre.com/metodos-de-separacion-de-mezclas/