PRÁCTICA 4: MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE
MEZCLAS.
1a. PARTE: CRISTALIZACIÓN.
OBJETIVO:
Obtener
un gran cristal de sulfato de cobre a partir de una disolución sobresaturada.
Fecha de realización: 18 de Octubre del 2016.
INVESTIGACIÓN: Explica en
qué consiste la cristalización como método de separación y su uso en la
industria. ¿Cómo se forman los cristales en la naturaleza?
1.-
¿En qué consiste la Cristalización?
La
cristalización es un proceso por el cual ciertas sustancias adoptan la forma
cristalina; y se utiliza en las mezclas homogéneas conformadas por un sólido
(soluto) disuelto en agua (solvente) para separar la sustancia sólida, eliminando la líquida que no interesa
recuperar, por evaporación, usándose frecuentemente en la purificación de
sólidos.
Se
utiliza para ello un cristalizador, que es un recipiente de poca altura, de
vidrio y de amplia boca, donde se coloca la mezcla y se procede a calentarla.
Al evaporarse el líquido, por el aumento de la energía cinética de sus moléculas, el sólido precipita (cae) y
queda en el cristalizador, con forma cristalina, o sea, constituyéndose un
sólido homogéneo, de moléculas estáticas, delimitado por caras planas, como ocurre
para producir sal o azúcar.
2.- ¿Qué
usos tiene en la industria la cristalización?
Aplicaciones:
·
Cristalización de la sacarosa en
la industria azucarera.
·
Obtención de aspirina.
·
Separación de ceras en la
refinación de aceites (winterización).
·
Purificación de productos en el
refino del petróleo.
3.-
¿Cómo se forman los cristales en la naturaleza?
La mayoría de los cristales se
forman a partir de la cristalización de gases a presión en la pared interior de
cavidades rocosas llamadas geodas. La calidad, tamaño, color y forma de los cristales
dependen de la presión y composición de gases endichas geodas y de la temperatura
y otras condiciones del magma donde se formen…Los cristales están formados por
la unión de partículas dispuestas de forma regular siguiendo un esquema determinado
que se reproduce, en forma y orientación, en todo el cristal y que crea una red
tridimensional. En un cristal, los átomos e iones se encuentran organizados de
forma simétrica en redes elementales, que se repiten indefinidamente formando
una estructura cristalina.
HIPÓTESIS:
1.- La disolución de sulfato de
cobre tardará aproximadamente 1 a 2 horas en enfriarse.
2.- Utilizaremos aproximadamente
de 2 a 10 gramos de sulfato de Cobre para la disolución.
MATERIAL:
●
Sistema de calentamiento (soporte universal con
anillo, tela de alambre con asbesto, mechero bunsen)
●
1 vaso de precipitado 250 ml
●
Balanza granataria.
●
Agitador
●
Mortero con pistilo.
●
1 vaso desechable pequeño para gelatina
●
Hilo
●
Masking tape.
SUSTANCIAS:
●
Agua de la llave.
●
Sulfato de cobre (II): su solubilidad es de 5 gr en 20
ml a 20ºC
PROCEDIMIENTO:
1.
Calienta 20 ml de agua sin que llegue al hervor.
2.
Pesa la cantidad NECESARIA de sulfato de cobre para
hacer una disolución sobresaturada con el agua caliente; ya lista vacíenla en
el vaso desechable.
Utilizamos 7 gramos de Sulfato de Cobre.
3.
Seleccionen un cristal pequeño y amárrenlo a un hilo.
Cuando la disolución esté fría diseñen un mecanismo para que el cristal quede
flotando en ella y déjenlo por varios días.
Por la falta de Sulfato de Cobre en el laboratorio, no
pudimos seleccionar ningún cristal para esta parte del procedimiento.
Únicamente realizamos la disolución de agua con el Sulfato y la dejamos enfriar
y cristalizar en el Laboratorio.
4.
Recuperen y saquen los cristales de sulfato de cobre
que serán nuevamente almacenados. Permitan que el resto de la disolución se
evapore para que rescaten lo más posible y no se desperdicie esta sustancia.
Ante la falta de Sulfato, solamente pudimos apreciar
la disolución ya Cristalizada.
OBSERVACIONES (IMÁGENES Y DESCRIPCIÓN):
El sulfato de Cobre
cristalizado.
Lo machacamos.
Agregamos agua.
Calentamos la disolución hasta
que hirviera.
Colocamos la disolución en un
vaso para que se enfriara y cristalizara.
ANÁLISIS:
1.
¿Por qué es conveniente sembrar el cristal en una
mezcla saturada y sólida?
Las características del cristal que se está sembrando
y las características de la disolución donde se siembra son la clave del
proceso de Cristalización. Una mezcla saturada o sobresaturada permite al
cristal formar la red cristalina requerida para separar las sustancias más
puras y obtener un mejor resultado de Separación de Mezclas. En el siguiente
link para un sitio Web, se encuentra información más detallada acerca de este
tema, aquí un fragmento:
“Al hablar de cristalización lo más importante es el concepto
de sobresaturación, ya que si no existe la cristalización no se puede dar.
La sobresaturación es la diferencia de concentración entre la disolución sobresaturada en la que el cristal está creciendo y la de la disolución en equilibrio con el cristal.
El concepto de solución saturada está relacionado con el llamado límite de solubilidad.”
La sobresaturación es la diferencia de concentración entre la disolución sobresaturada en la que el cristal está creciendo y la de la disolución en equilibrio con el cristal.
El concepto de solución saturada está relacionado con el llamado límite de solubilidad.”
2.
¿Hay alguna relación entre la cristalización que se
lleva a cabo en la naturaleza y la que realizaron en el laboratorio?
Las diferencias se pueden apreciar si se tiene mucha
atención. El proceso de enfriamiento de la disolución con el cristal influye en
el resultado; mientras más largo sea el proceso de enfriamiento, la red
cristalina que se forma en el proceso excluye de mejor manera las sustancias
impuras para obtener mejores resultados (como sucede en la naturaleza), y en el
laboratorio, el tiempo de enfriamiento fue más corto (lo que sugiere que
probablemente la separación efectuada no haya resultado con cristales tan
“puros”). En pocas palabras, ambos procesos sí tienen una relación, en base al
resultado que cada uno da.
3.
Da 3 ejemplos de mezclas que existan en la vida
cotidiana y que podrían separar a través de este método.
Agua con sal, agua con azúcar y agua con yodo.
CONCLUSIÓN:
La
cristalización es un método de separación de mezclas que permite (como lo dice
su nombre) separar disoluciones de sustancias sólidas y líquidas. En la primera
parte de esta práctica nos encargamos de cristalizar un poco de Sulfato de
Cobre. A pesar de que no realizamos el procedimiento de la práctica completamente,
sí se pudo cristalizar la mezcla que hicimos. Consideramos que se cumplió el
objetivo parcialmente, ya que en sí no obtuvimos “un” gran cristal. Acerca de
nuestras hipótesis, se cumplió una de las dos, ya que si utilizamos de 2 a 10
gramos de Sulfato (7 gramos) pero el sulfato no tardó 1 o 2 horas en enfriarse
completamente.
J
2a. PARTE: EXTRACCIÓN Y CROMATOGRAFÍA.
OBJETIVO:
Aplicar
los métodos de extracción y cromatografía en mezclas homogéneas.
Fecha de Realización: 18 de octubre de 2016.
INVESTIGACIÓN: En qué consisten
los métodos de extracción y cromatografía. Usos en la vida cotidiana.
1.-
¿Qué es la extracción?
La extracción es la técnica
empleada para separar un producto orgánico de una mezcla de reacción o para
aislarlo de sus fuentes naturales. Puede definirse como la separación de un
componente de una mezcla por medio de un disolvente.
En la práctica es muy utilizada
para separar compuestos orgánicos de las soluciones o suspensiones acuosas en
las que se encuentran. El procedimiento consiste en agitarlas con un disolvente
orgánico inmiscible con el agua y dejar separar ambas capas. Los distintos
solutos presentes se distribuyen entre las fases acuosas y orgánica, de acuerdo
con sus solubilidades relativas.
De este modo, las sales
inorgánicas, prácticamente insolubles en los disolventes orgánicos más comunes,
permanecerán en la fase acuosa, mientras que los compuestos orgánicos que no
forman puentes de hidrógeno, insolubles en agua, se encontrarán en la orgánica.
2.-
¿Qué es la Cromatografía?
La cromatografía comprende un
conjunto de técnicas que tienen como finalidad la separación de mezclas
basándose en la diferente capacidad de interacción de cada componente en otra
sustancia. De forma general, consiste en pasar una fase móvil (una muestra
constituida por una mezcla que contiene el compuesto deseado en el disolvente)
a través de una fase estacionaria fija sólida. La fase estacionaria retrasa el
paso de los componentes de la muestra, de forma que los componentes la
atraviesan a diferentes velocidades y se separan en el tiempo. Cada uno de los
componentes de la mezcla presenta un tiempo característico de paso por el
sistema, denominado tiempo de retención. Cuando el tiempo de retención del
compuesto deseado difiere del de los otros componentes de la mezcla, éste se
puede separar mediante la separación cromatográfica.
3.-
Usos en la vida cotidiana.
a) Extracción.
Las
aplicaciones importantes de la extracción sólido-líquido en la industrias
alimenticias son: extracción de aceites y grasas animales y vegetales, lavado
de precipitados, obtención de extractos de materias animales o vegetales,
obtención de azúcar, fabricación de té y café instantáneo, entre otras:
·
Los
aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soja y de
algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos como: éter de
petróleo, hexano, etc.
·
Extracción
de colorantes a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda.
·
En
ecología para indicar el desplazamiento hacia los ríos y mares de los desechos
y excrementos, además de otros contaminantes como pueden ser los fertilizantes;
producido por el mismo proceso indicado para el fenómeno químico.
·
En
geología en el proceso de lavado de un estrato de terreno o capa geológica por
el agua.
·
En
el tratamiento de los minerales concentrados y otros materiales que contienen
metales, la lixiviación se efectúa por medio de un proceso húmedo con ácido que
disuelve los minerales solubles y los recupera en una solución cargada de
lixiviación.
·
Metalurgia
Extractiva: Para trabajar los minerales principalmente oxidados. Desde
un tiempo a esta parte se realiza la lixiviación de minerales sulfurados de
cobre mediante procesos de lixiviación
bacteriana.
·
Obtención
de azúcar.
·
Fabricación
de té y café instantáneo.
b)
Cromatografía. Un ejemplo, si sobre
un mantel blanco se derrama un poco de vino tinto, transcurrido un tiempo se
observa que la mancha no es uniforme, sino que hay una zona con predominio de
tonos azules y otra en que la tonalidad es roja. Eso es porque se ha producido
una separación cromatográfica de los pigmentos del vino.
Las tintas de los rotuladores son una mezcla
compuesta por algún disolvente (parte líquida de la mezcla) y diferentes
pigmentos. Algunos colores, como el negro, suelen ser mezcla de dos o tres
pigmentos diferentes. Para separar estos pigmentos podemos realizar una
cromatografía.
Algunos de los ejemplos en los que se usa la
cromatografía a diario son:
·
Se suele usar
para tomar pruebas de la escena de un crimen (el análisis de muestras de sangre
o de telas).
·
Verificación de
incendios provocados (identificación de las sustancias químicas responsables de
un fuego).
·
Análisis de
sangre después de la muerte o en vida para determinar los niveles de alcohol,
drogas o sustancias venenosas en el cuerpo.
·
También se
utiliza para determinar la composición de los alimentos.
·
Para mirar los
niveles de contaminación, por ejemplo, del agua o del aire.
·
Para el estudio
de mezclas complejas en cosas tales como alimentos, perfumes, petroquímica, y
producción farmacéutica.
HIPÓTESIS:
1.- El acetona extraerá todo el
color de la espinaca.
2.- Los puntos del plumón sobre
el papel filtro se “descompondrán” en fases de color a lo largo de éste con el
agua.
MATERIAL:
●
Mortero con pistilo.
●
Embudo de plástico.
●
2 Vasos de precipitado.
●
2 Papel filtro (de los que se utilizan en las
cafeteras eléctricas).
●
3 Plumones de agua de diferentes colores, pudiendo ser
negro, morado, café, verde, etc.
●
Cubrebocas.
SUSTANCIAS:
●
Espinaca
●
Acetona
●
Agua
PROCEDIMIENTO:
1.
En el mortero, machaquen 3 hojas de espinaca con un
poco de acetona. Luego filtren la mezcla en el vaso de precipitado utilizando
el embudo y el papel filtro.
Al machacar las espinacas con el mortero, notamos que
casi de manera inmediata el acetona comenzó a cambiar su tonalidad (primero transparente
y luego verde). Cuando filtramos la mezcla, nos dimos cuenta de que la espinaca
aún mantenía su característico color verde, pero no en una tonalidad como antes
de colocarle acetona.
2.
Una vez que tienen la disolución de acetona y espinaca
en el vaso, coloquen de manera vertical una tira de papel filtro y déjenla
reposar, observen y describan los resultados.
La disolución de acetona y espinaca era color verde
brillante claro. Respecto a la tira, pasando de ser una tira que únicamente
absorbió la disolución, obtuvimos una tira con un color verde pistache en la
mayoría de la parte baja, encima de éste una fase color verde bandera y por último
una franja poco gruesa color amarillo.
3.
Por otro lado, corten el papel filtro de tal manera
que quede como un rectángulo.
4.
Pinten en uno de los extremos puntos con los plumones
separados por más de 1 cm entre uno y otro; enrollen el papel, formando un
cilindro y colóquenlo en un vaso de precipitado que tenga un poco de agua.
Dejen reposar y registren sus observaciones.
De los tres puntos que colocamos en el papel filtro,
sólo 2 se descompusieron: el café y verde obscuro. Al parecer, mientras el
papel absorbía el agua y los colores se descomponían y con el paso del tiempo,
las manchas de color café y verde se degradaron a color azul. Por otro lado, el
color negro no se degradó a ningún otro color; probablemente requerí de algún
otro disolvente.
OBSERVACIONES (IMÁGENES Y DESCRIPCIÓN):
Primero machacamos la espinaca
con algo de acetona.
Luego lo filtramos en un vaso de
precipitado.
Colocamos el papel filtro dentro
del vaso de precipitado. La tira comenzó a absorber la disolución.
Éste fue el resultado.
ANÁLISIS:
1.
En el caso del papel filtro, las espinacas y la
acetona ¿Qué propiedades ayudaron para poder separar los colores? (menciona las
propiedades de cada material).
Papel filtro: Porosidad.
Espinacas: Solubilidad.
Acetona: Solubilidad.
2.
En el caso del papel filtro, el agua y los plumones
¿Qué propiedades de la materia ayudaron a poder separar los colores? (menciona
las propiedades de cada material)
Papel filtro: Porosidad.
Agua: Solubilidad.
Plumones: Solubilidad.
3.
¿Cuál es la importancia de la acetona y el agua en
cada caso?
En ambos casos, el agua y acetona actuaron como
disolventes, y gracias a la acción que realizaron con los plumones y espinaca,
permitieron poder llegar a separar las mezclas y realizar el procedimiento
correctamente.
CONCLUSIÓN:
La extracción es un método que nos permite separar 2
sustancias, consistiendo en utilizar un disolvente para ello. La cromatografía
nos permite separar 2 sustancias en base a la reacción que producen ambas entre
sí. En la práctica aplicamos ambas técnicas, al separar el color de la espinaca
con acetona y utilizar agua para realizar una cromatografía con los pigmentos
en 3 puntos de color sobre un papel filtro. Consideramos que se cumplieron los
objetivos de ambas partes y que por otro lado, con nuestras hipótesis, se
cumplió una de las dos, ya que el acetona no absorbió completamente el color de
la espinaca, aunque sí parcialmente.
OBSERVACIONES DE OTROS MÉTODOS:
Con el objetivo de poder apreciar otros métodos de
separación, observamos 2 procedimientos extra, solamente que no intervinimos en
la realización de éstos.
a) Sublimación de
Naftalina.
b) Destilación de una
bebida alcohólica.
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