Practica 3 tecnicas de laboratorio
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CONTENIDO INTRODUCCIÓN.............................................. 1 COMPETENCIAS A DESARROLLAR:...............................2 PROPÓSITO:................................................ 2 CONOCIMIENTOS PREVIOS.....................................2 MÉTODOS................................................... 4 OBJETIVOS................................................ 16 HIPÓTESIS................................................ 16 MARCO TEORICO............................................ 17 PROCEDIMIENTOS DE SEGURIDAD.................................17 EXPERIMENTO 1............................................ 22 EXPERIMENTO 2:........................................... 23 EXPERIMENTO 3:........................................... 23 EXPERIMENTO 4:........................................... 24 CONCLUSIONES............................................. 25 CUESTIONARIO.............................................27 BIBLIOGRAFÍA............................................. 29 ANEXOS................................................... 30 1 INDICE .
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CONTENIDOINTRODUCCIÓN......................................................................................1
COMPETENCIAS A DESARROLLAR:.........................................................2
PROPÓSITO:...........................................................................................2
CONOCIMIENTOS PREVIOS.....................................................................2
MÉTODOS...............................................................................................4
OBJETIVOS............................................................................................16
HIPÓTESIS............................................................................................16
MARCO TEORICO..................................................................................17
PROCEDIMIENTOS DE SEGURIDAD............................................................17
EXPERIMENTO 1...................................................................................22
EXPERIMENTO 2:..................................................................................23
EXPERIMENTO 3:..................................................................................23
EXPERIMENTO 4:..................................................................................24
CONCLUSIONES....................................................................................25
CUESTIONARIO....................................................................................27
BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................29
ANEXOS................................................................................................30
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INDICE.
INTRODUCCIÓN
Como ya sabemos existen diversos métodos para la separación de
mezclas y cada una de ellas se utiliza para separar diferentes tipos de
las mismas ya que unas están formadas por dos o más líquidos, por un
líquido y un sólido o, dos sólidos, y no todas se pueden separar por
medio del mismo método y pues para ellos se han creado todos los que
conocemos.
A lo largo de esta práctica se pretende diferenciar un elemento, una
sustancia y un compuesto basándonos en la forma en que se separan y
así mismo de acuerdo a las propiedades especificas de cada una de
ellas.
Además, pondremos en práctica algunos de los métodos más utilizados
para separar sustancias que usamos en la vida diaria.
Por otra parte, analizaremos y trabajaremos con los conceptos de masa,
volumen y densidad, relacionándolos para llegar al resultado deseado de
determinado experimento.
Cabe mencionar que a través de la realización de cada uno de los
experimentos y al practicar los métodos de separación de mezclas,
observaremos los diferentes cambios de estado que las sustancias con
las que trabajaremos pueden llegar a alcanzar al tratar de separarlos
uno del otro.
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PRÁCTICA # 3. TÉCNICAS DE LABORATORIO
COMPETENCIAS A DESARROLLAR:*Aplicar conceptos de Química, tales como: materia, elementos,
compuestos y mezclas.
*Utilizar los diferentes métodos de separación de mezclas con
sustancias de uso cotidiano.
PROPÓSITO:Distinguir entre elementos, compuestos y mezclas de acuerdo a
sus propiedades, utilizando diferentes métodos de separación, con
sustancias de uso cotidiano.
Conocimientos previos
¿Qué es un elemento, compuesto y mezcla?
LOS ELEMENTOS
En química las sustancias puras se clasifican como elementos y
compuestos.
Toda la materia que nos rodea está constituida por alrededor de una
centena de sustancias básicas, a las que se les
denomina elementos; estos no se pueden separar en sustancias más
simples por los métodos químicos comunes. Ejemplos de elementos son
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el hierro (Fe), el oro (Au), el aluminio (Al), el oxígeno (O), el mercurio
(Hg) y el azufre (S). Los elementos se representan con símbolos
relacionados con su nombre. En algunos casos solo se utiliza la primera
letra en mayúscula y en otros una mayúscula seguida de una letra
minúscula.
LOS COMPUESTOS
La mayoría de los elementos se encuentran unidos entre si y forman un
tipo de sustancias más complejas llamadas compuestos. Las
propiedades físicas y química de los compuestos son muy diferentes a
las de los elementos que les dan origen. Ejemplos de este tipo de
sustancias son el agua (H2O), el amoniaco (NH3), el dióxido de carbono
(CO2) y el bicarbonato de sodio (NaHCO3).
Los compuestos se representan con fórmulas que incluyen el símbolo del
elemento y a la derecha un subíndice que indica la cantidad de átomos
de ese elemento que forma el compuesto. Cuando solo participa un
átomo no se escribe el número. Por ejemplo, el amoniaco (NH3) está
formado por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrogeno.
Los elementos que forman los compuestos no pueden separarse por
métodos físicos, lo que si ocurre en las mezclas. Además, para un mismo
compuesto, los elementos se unen en proporciones definidas. Por
ejemplo, el agua (H2O) está formada por dos átomos de hidrogeno y uno
de oxígeno.
LAS MEZCLAS
La mezcla es la unión de dos o más sustancias, las mezclas se clasifican
en mezclas homogéneas o mezclas heterogéneas.
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Si a simple vista no se distingue que una mezcla está formada por dos o
más sustancias, se clasifica como mezcla homogénea. Su apariencia es
uniforme. Algunos ejemplos son: el aire, el gas doméstico, el latón, las
amalgamas dentales, los perfumes, la gasolina, y el agua potable. Las
mezclas homogéneas también se conocen como disoluciones.
Por el contrario, cuando los componentes de la mezcla se distinguen a
simple vista, esta se clasifica como heterogénea. Las ensaladas y la
gramola son ejemplos. Otra característica de las mezclas heterogéneas
es que la proporción de los componentes no es la misma en toda la
muestra.
Ejemplo de mezclas homogéneas (Refresco, Masa):
Ejemplo de mezclas heterogéneas (Ensalada, Pizza):
¿Cuáles son los métodos de separación de mezclas?
Los métodos de separación de mezclas son los procesos físicos, que pueden separar los componentes que conforman una mezcla. La separación consiste en que una mezcla se somete a un tratamiento que la separa en 2 o más sustancias diferentes. En esta operación las sustancias mantienen su identidad si algún cambio en sus propiedades químicas. Las sustancias se encuentran en forma de mezclas y compuestos en la naturaleza y es necesario purificar y separar para estudiar sus propiedades. La mayoría de las veces el método a utilizar se encuentra dependiendo del tipo de componente de la mezcla y sus propiedades particulares así como las diferencias más significativas. Las propiedades físicas que más se aprovechan de acuerdo a su separación, se encuentra la salubridad, punto de ebullición y la densidad, entre las más destacadas. A continuación veremos los distintos métodos de separación más comunes, sencillos y más utilizados.
Métodos
Los métodos de separación de mezclas más comunes son los siguientes: Decantación Filtración Imantación Extracción Tamización Evaporización o cristalización Destilación Cromatografía Centrifugación
A continuación veremos los distintos métodos de separación de acuerdo a cada componente.
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Métodos físicos: Son aquellos métodos de los cuáles la mano del hombre no interviene, para que estos métodos se produzcan.Decantación: (Métodos mecánicos). Separa los líquidos insolubles entre sí o un sólido que no se disuelve en un líquido. Este es el método más sencillo y su finalidad es lograr la mayor pureza posible. Filtración: Este método se usa para separar un sólido insoluble de un líquido. Se utiliza mucho en actividades humanas. Estos materiales permiten el paso del líquido, reteniendo el sólido. Imantación: Se usa para separar materiales con propiedades magnéticas, de otras que no tengas es propiedad. Nos permite llevar la cualidad magnética de un cuerpo a otro y a partir de este procedimiento, al cuerpo que se le pegaron las propiedades magnéticas va a empezar a atraer magnéticamente a otros objetos. Extracción: Separa una sustancia que se puede disolver en dos disolventes entre sí, con un diferente grado de solubilidad. Al realizar estas concentraciones de esta sustancia a cada disolvente a una temperatura específica, es constante.Tamización: Separa dos o más sólidos de los cuáles sus partículas tienen distintos grados se subdivisión. Trata en hacer pasar una mezcla de partículas de distintos tamaños por un tamiz o cualquier objeto con la que se pueda colar. Evaporación o Cristalización: Se usa para separar un líquido de un sólido disuelto en él, por el calor la disminución de la presión. La evaporación se puede producir a cualquier temperatura, pero cuánto más elevada este, es más rápido realizarlo.Punto de ebullición: Cuando un líquido se va evaporando a determinada temperatura.Destilación: Sirve para separar dos líquidos que se pueden mezclar entre sí, que tiene diferente punto de ebullición. Esta técnica se utiliza para purificar o separar los líquidos de una mezcla líquida. Se basa en las técnicas de densidades que hay entre cada componente.Cromatografía: Es un fluido que a través de una fase, trata de que un sólido o un líquido estén fijados en un sólido. Se utiliza y se conoce como el método más simple ya que sus componentes se separan o manifiestan sus distintas afinidades por el filtro. Centrifugación: Puede separar sólidos de líquidos de distinta densidad a través de una fuerza centrífuga. La fuerza de está es provista por la máquina llamada centrifugadora, que imprime a la mezcla el movimiento de rotación que aplica una fuerza que origina la sedimentación de los sólidos.
Mezcla Homogénea: Es en la cual sus componentes no se pueden distinguir a simple vista. Es aquella en la que su composición es igual en toda la muestra. Las mezclas homogéneas, también se le llama disolución, se trata de un disolvente, que casi siempre la sustancia que está presente en más cantidad, y uno o más solutos. La mezcla
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homogénea más importante de nuestro planeta es el aire. Que está formado por varios componentes como: Oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, vapor de agua entre otros gases. En la mayoría de los casos el disolvente es un líquido, y el soluto puede ser sólido, líquido o gas. Por ejemplo el refresco es una disolución que está constituida por dióxido de carbono (soluto) y agua (disolvente). El agua de mar es una disolución que está formada por diferentes solutos sólidos, incluyendo el cloruro de sodio y distintas sales, en agua, que es un disolvente. También se puede incluir disoluciones en estado sólido. Otro ejemplo es el latón que es una disolución sólida que contiene dos metales, cobre y zinc. El simple hecho de que la mayoría de estos procesos químicos tengan un puesto en solución, hace del estudio de las soluciones de la importante fisicoquímica.Tipos de soluciones: Solución Insaturada: En esta, la cantidad de soluto disuelto es inferior en la que indica su solubilidad. Aquí se reconoce experimentalmente añadiéndole una pequeña cantidad de soluto y está se disolverá. Solución Saturada: La cantidad de soluto es la misma a la que señala su solubilidad. En esta solución se reconoce agregándole cierta cantidad de soluto y no se disolverá.Solución Sobresaturada: La cantidad de soluto disuelto es más grande al que indica su solubilidad. En esta solución se reconoce por su inestabilidad ya que al momento de agregar un pequeño cristal de soluto, provoca la cristalización de exceso de soluto disuelto.
Mezcla Heterogénea: También llamadas mezclas no uniformes, son en las que su composición de la muestra es distinta de un punto a otro. Está formada por dos o más sustancias, físicamente diferentes, distribuidas en forma distinta. La mezcla heterogénea se puede separar mecánicamente. Casi todas las rocas pertenecen a esta categoría. En un pedazo de granito se pueden apreciar distintos componentes, que se diferencian entre ellos. Se pueden utilizar diferentes métodos físicos para poder separar los componentes de una mezcla heterogénea, algunos son: filtración, disolución y decantación.
Las mezclas heterogéneas se pueden distinguir en cuatro tipos de mezclas: Coloides: Están formadas por dos fases, sin posibilidad de mezclarse sus componentes (fase sol y ge). Entre los coloides más comunes encontramos la gelatina, la mayonesa, humo de tabaco y el detergente disuelto en agua.
Sol: Estado de la mezcla diluido, que no llega a ser líquido, como el caso de las espumas, cremas, etc.
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Gel: Este estado es de mayor cohesión a lado de la fase sol, esta mezcla no alcanza a ser un estado sólido, por ejemplo la jalea.
Suspensiones: Mezclas heterogéneas constituidas por un sólido que se disuelven en un medio líquido.
Emulsiones: Formada por dos fases líquidas inmiscibles. El diámetro de sus partículas de fase es disperso y mide aproximadamente 0.005 ms.
De acuerdo con la cantidad de soluto disuelto en cada solvente, las soluciones pueden ser: Diluida: Contiene una cantidad pequeña de soluto en congruencia a la cantidad de disolvente. Concentrada: Aquí contiene gran proporción de soluto de acuerdo a la cantidad de disolvente. Saturada: Estas soluciones contienen la mayor cantidad de soluto posible en cierta cantidad del disolvente. Sobresaturada: Es aquella que contiene la máxima cantidad de soluto posible disuelta en relación con la cantidad de disolvente.
¿Qué técnicas de separación se aplica para cada tipo de mezcla?
La correcta separación de mezclas nos ayuda a poner en práctica todos
los métodos que se presentarán, para separar mezclas; es importante
saber sobre su estado físico, y características lo cual a continuación se
presentará…
1) Destilación.
La destilación es el procedimiento más utilizado para la separación y
purificación de líquidos, y es el que se utiliza siempre que se pretende
separar un líquido de sus impurezas no volátiles.
La destilación, como proceso, consta de dos fases: en la primera, el
líquido pasa a vapor y en la segunda el vapor se condensa, pasando de
nuevo a líquido en un matraz distinto al de destilación.
2) Evaporación.
Consiste en calentar la mezcla hasta el punto de ebullición de uno de los
componentes, y dejarlo hervir hasta que se evapore totalmente.
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Este método se emplea si no tenemos interés en utilizar el componente
evaporado. Los otros componentes quedan en el envase.
Un ejemplo de esto se encuentra en las Salinas. Allí se llenan enormes
embalses con agua de mar, y los dejan por meses, hasta que se
evapora el agua, quedando así un material sólido que contiene
numerosas sales tales como cloruro de sólido, de potasio, etc…
3) 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.
CENTRIFUGADORA
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.
4) Levigación.
Se utiliza una corriente de agua que arrastra los materiales más livianos
a través de una mayor distancia, mientras que los más pesados se van
depositando; de esta manera hay una separación de los componentes
de acuerdo a lo pesado que sean.
5) Imantación.
Se fundamenta en la propiedad de algunos materiales de ser atraídos
por un imán. El campo magnético del imán genera una fuente a tractora,
que si es suficientemente grande, logra que los materiales se acerquen
a él. Para poder usar este método es necesario que uno de los
componentes sea atraído y el resto no.
6) Cromatografía de Gases.
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La cromatografía es una técnica cuya base se encuentra en diferentes
grados de absorción, que a nivel superficial, se pueden dar entre
diferentes especies químicas. En la cromatografía de gases, la mezcla,
disuelta o no, es transportada por la primera especie química sobre la
segunda, que se encuentran inmóvil formando un lecho o camino.
Ambos materiales utilizarán las fuerzas de atracción disponibles, el
fluido (transportados), para trasladarlos hasta el final del camino y el
compuesto inmóvil para que se queden adheridos a su superficie.
7) Cromatografía en Papel.
Se utiliza mucho en bioquímica, es un proceso donde el absorbente lo
constituye un papel de Filtro. Una vez corrido el disolvente se retira el
papel y se deja secar, se trata con un reactivo químico con el fin de
poder revelar las manchas.
En la cromatografía de gases, la mezcla, disuelta o no, es transportada
por la primera especie química sobre la segunda, que se encuentran
inmóvil formando un lecho o camino.
Ambos materiales utilizarán las fuerzas de atracción disponibles, el
fluido (transportados), para trasladarlos hasta el final del camino y el
compuesto inmóvil para que se queden adheridos a su superficie.
8) Decantación.
Consiste en separar materiales de distinta densidad. Su fundamento es
que el material más denso
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En la cromatografía de gases, la mezcla, disuelta o no, es transportada
por la primera especie química sobre la segunda, que se encuentran
inmóvil formando un lecho o camino.
Ambos materiales utilizarán las fuerzas de atracción disponibles, el
fluido (transportados), para trasladarlos hasta el final del camino y el
compuesto inmóvil para que se queden adheridos a su superficie.
9) Tamizado.
Consiste en separar partículas sólidas de acuerdo a su tamaño.
Prácticamente es utilizar coladores de diferentes tamaños en los
orificios, colocados en forma consecutiva, en orden decreciente, de
acuerdo al tamaño de los orificios. Es decir, los de orificios más grandes
se encuentran en la parte superior y los más pequeños en la inferior. Los
coladores reciben el nombre de tamiz y están elaborados en telas
metálicas.
10) Filtración.
Se fundamenta en que alguno de los componentes de la mezcla no es
soluble en el otro, se encuentra uno sólido y otro líquido. Se hace pasar
la mezcla a través de una placa porosa o un papel de filtro, el sólido se
quedará en la superficie y el otro componente pasará.
Se pueden separar sólidos de partículas sumamente pequeñas,
utilizando papeles con el tamaño de los poros adecuados.
¿Qué es la densidad?
Densidad, del latín densitas, es la característica propia de denso. Este
adjetivo, a su vez, refiere a algo que dispone de una gran cantidad de
masa en comparación a su volumen; que es tupido o macizo; que tiene
un importante nivel de contenido o es muy profundo en una dimensión
reducida; o que resulta indefinido y poco claro.
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En el ámbito de la química y de la física, la densidad es la magnitud que
refleja el vínculo que existe entre la masa de un cuerpo y su volumen.
En el Sistema Internacional, la unidad de densidad es el kilogramo por
metro cúbico (conocido por el símbolo kg/m3).
Un kilogramo de bronce, por ejemplo, ocupará un espacio mucho menor
que un kilogramo de plumas. Esto se explica a partir de la densidad: el
bronce es más denso (tiene más masa en menos volumen) que las
plumas. Las diferencias de densidad permiten que existan objetos
pesados pero pequeños y objetos livianos pero muy grandes.
Así como la relación entre masa y volumen de un cuerpo permite
obtener la densidad de un objeto, la demografía apela a una lógica
similar para hablar de la densidad de población. En este caso, la
magnitud se calcula a partir de la cantidad de habitantes que viven en
una misma unidad de superficie. Si una ciudad tiene 20.000 personas
que se distribuyen en un territorio de 2 kilómetros cuadrados, su
densidad de población será de 10.000 habitantes por km2.
¿Cómo se puede medir indirectamente la densidad de cuerpos
irregulares?
Toda la materia posee masa y volumen, sin embargo la masa de
sustancias diferentes ocupan distintos volúmenes.
Por ejemplo: notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras
que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras.
La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una
sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad
de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el
volumen que ocupa. Así, como en el Sistema Internacional, la masa se
mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la
densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3).
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La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua
por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números
muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el
gramo por centímetro cúbico (gr/cm3).
La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una
sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor.
Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella,
porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la
densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en
la gasolina, de densidad más baja.La densidad del agua es 1 gr. /cm3,
esto quiere decir que 1 litro de agua equivale igualmente a un 1
kilogramo de agua.
Investiga la densidad del Fierro, cobre, zinc, aluminio, latón,
plomo, cuarzo y madera.
Fierro
7.8 g/cm3
Cobre
8.9g/cm3
Zinc
7140 kg/m3
Aluminio
2.7 g/cm3
Latón
11.3 g/cm3
Plomo
8.6 g/cm3
Cuarzo
2.63 g/cm3
Madera
700 kg/m3
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¿En qué consiste la destilación simple?
Como destilación se entiende aquel proceso en el que se evapora un
líquido, se condensan los vapores y el líquido condensado se recolecta
en frasco aparte.
Esta técnica es muy útil cuando se quieren separar mezclas líquidas en
sus componentes si estos tienen diferente punto de ebullición o cuando
alguno de los componentes no destila.
Otra importante aplicación de la destilación es en la purificación de
líquidos.
Existen cuatro tipos básicos de destilación al alcance del químico en el
laboratorio:
La destilación simple.
La destilación al vacío.
La destilación fraccionada.
La destilación al vapor.
En este artículo vamos a describir la destilación simple y antes de entrar
en materia le recomendamos que lea el artículo Teoría de la destilación.
Cabezal de destilación
El cabezal de destilación es una pieza de cristalería que permite colocar
el termómetro y desviar los vapores al condensador utilizando
conexiones estándares esmerilados y estancos. El termómetro debe
colocarse de forma que su bulbo
esté por debajo del nivel inferior del conducto lateral de cabezal de
destilación (vea la figura 1) de forma que quede en la corriente de vapor
que está destilando. Cuando se desarrolla el proceso usted podrá
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apreciar el anillo de reflujo. Tanto el brazo lateral del cabezal de
destilación como el bulbo del termómetro deben quedar por encima del
anillo.
Adaptador para el termómetro
Este adaptador consiste en un trozo de conducto que tiene en su parte
inferior el cono esmerilado para acoplarse de forma estanca en la salida
superior del cabezal de destilación; y un adaptador de goma acoplado
en la salida abierta superior para acomodar el termómetro. La
flexibilidad de la goma permite desplazar el termómetro hacia arriba o
hacia abajo para posicionarlo adecuadamente.
Condensador
El empalme del condensador con el cabezal de destilación es el sitio
donde mas fácilmente se producen fugas debido a que por ahí circulan
tanto vapores como el líquido caliente, los que pueden escapar por
cualquier abertura mínima. El ángulo particular de la unión, que no es ni
vertical ni horizontal hace que la conexión sea más difícil de hacer y hay
que asegurarse de que esta conexión sea firme y estanca. Lo mejor es
lograr que los soportes que sujetan las piezas se monten de forma que
tiendan a apretar la unión en lugar de separarla.
La camisa exterior de enfriamiento del condensador se mantendrá llena
de agua solo si se conecta la manguera de alimentación en la toma
inferior (vea la figura 1) y la manguera de drenaje en la toma superior,
esta última debe ir al vertedero de aguas.
Use un ritmo moderado de alimentación con agua, si el flujo de agua es
muy intenso se puede producir el salto abrupto de las mangueras de las
tomas del condensador.
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Adaptador con toma para vacío
Este dispositivo de cristalería tiene adentro una suerte de embudo que
ocupa todo el espacio interior colectando el líquido procedente del
condensador y lo conduce a un cuello de salida que vierte el condensado
dentro el recipiente colector. Al mismo tiempo permite la salida de los
gases del frasco colector y que son desplazados por el condensado
líquido a través de una toma lateral comunicada al mismo tiempo con el
interior del frasco colector y con la atmósfera. La diferencia entre el
diámetro del cuello exterior del adaptador y el cuello del conducto
procedente del embudo permite esta comunicación. Note que si
acoplamos una manguera de succión a esta toma lateral todo el sistema
quedará a presión reducida y de ahí el nombre del dispositivo. Cuando
se realiza la destilación al vacío esto es lo que se hace, pero en la
destilación simple que nos ocupa basta con que la toma quede abierta a
la atmósfera.
Si hay que evitar la entrada de humedad atmosférica al contacto con el
destilado fresco, se puede utilizar un tubo de deshidratación acoplado a
la toma lateral.
Frasco colector
El frasco colector es usualmente de fondo redondo, y si existe el riesgo
de pérdidas de destilado por evaporación debido a que este es muy
volátil, el frasco puede colocarse en un baño de agua de hielo.
Tasa de calentamiento
La tasa de calentamiento del sistema debe ser tal que permita el
establecimiento del equilibrio dentro del aparato, si el calentamiento es
muy rápido este equilibrio no se alcanza y la separación es más pobre,
de igual forma no es deseable un calentamiento demasiado lento, si esto
último sucede la temperatura indicada por el termómetro no será el
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resultado de una corriente constante de vapor lo que trae como
consecuencia la determinación inadecuada a la baja del punto de
ebullición.
La observación del ritmo de goteo del cuello del adaptador de vacío es
un buen indicador para establecer la tasa de calentamiento,
normalmente la aparición de entre una y tres gotas por segundo se
consideran un ritmo apropiado para la mayoría de las aplicaciones.
Fracciones
Es usual que el destilado se divida en porciones consecutivas de acuerdo
al punto de ebullición y estas porciones reciben el nombre de fracciones.
La separación en fracciones se lleva a cabo sustituyendo a intervalos
regulares el frasco colector por uno nuevo y limpio.
Es posible que la primera pequeña porción del destilado no se colecte
para uso debido a que en ella pueden estar presenten principalmente
impurezas muy volátiles o productos indeseados, si este es el caso, a
esta fracción se le llama precursora o preliminar. Las fracciones
subsecuentes tendrán cada vez mayores puntos de ebullición y
constituyen la mayor parte del cuerpo del destilado, llamado central,
finalmente queda en el frasco de destilación el llamado residuo. La
presencia del residuo es inevitable ya que la destilación debe detenerse
antes de que el frasco de destilación quede seco y se rompa por el calor;
o bien porque se pueden haber producido materias extrañas por
descomposición térmica durante el calentamiento, las que quedan al
final y generalmente oscurecen el líquido remanente; o incluso porque
se puede presentar el peligro de una explosión.
OBJETIVOS
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Distinguir que es un elemento, compuesto, mezcla.
Conocer los métodos de separación de mezclas
Diferenciar las distintas técnicas de separación por medio de su
objetivo y características.
Utilizar correctamente los instrumentos básicos para la realización
de las técnicas de separación de mezclas.
Saber determinar la densidad de los cuerpos sólidos y líquidos.
Montar adecuadamente los diversos equipos de separación.
HIPÓTESIS
Al finalizar debemos saber que es elemento, compuesto y mezcla
Debemos Aplicar correctamente las técnicas de separación de
mezclas
Al realizar la práctica de la destilación el instrumento podría
estallar al no usarlo correctamente
MARCO TEORICO.
TECNICAS DE LABORATORIO
El estudio de la química requiere que los estudiantes exploren muchos ejercicios diversos de laboratorio. A pesar de que los experimentos pueden ser diversos, por lo general recurren a técnicas similares de laboratorio. Los estudiantes que completen un curso de introducción a la química deben tener un conocimiento de las técnicas básicas de la química de laboratorio en las áreas de procedimientos de seguridad, medición, mezcla y transferencia, separación y calefacción.
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Procedimientos de seguridadAntes de comenzar la experimentación, los estudiantes deben tener una comprensión clara de cómo usar el equipo de seguridad en el laboratorio. Como la Asociación de Maestros de Ciencias Nacional dice, "los profesores le deben a sus alumnos el deber del cuidado". Las gafas deben ser aprobadas por ANSI Z 87.1 y deberán usarse. Los estudiantes deben conocer la ubicación y la forma de utilizar el lavado de ojos, extintores, manta del fuego y ducha de seguridad. El laboratorio deberá estar equipado con paradas de emergencia de gas, y los estudiantes deben conocer la ubicación y la forma de operar el cierre de seguridad.
Mediciones
Los estudiantes deben tener un conocimiento básico de cómo medir con equipos estándar de laboratorio, tales como cilindros graduados, balanzas, termómetros y buretas. Al determinar los números a utilizar en la medición, los estudiantes deben observar dígitos significativos. Los dígitos significativos son los que se pueden determinar con precisión debido a las marcas de incremento de un instrumento y un dígito adicional que se estima. Otra técnica de medición principal que los estudiantes de química deben entender es cómo leer un volumen de un líquido con un menisco. Cuando se mide un líquido con un menisco cóncavo, tal como el agua, el volumen debe leerse desde la parte inferior de la curva. Cuando se mide un líquido con un menisco convexo, como el mercurio, el volumen debe ser leído desde la parte superior de la curva.
Mezclar y transferir
La mayoría de los ejercicios de laboratorio de química requieren la mezcla y la transferencia de productos químicos. Es importante que los alumnos comprendan la importancia de no contaminar las soluciones madre o reactivas. Los productos químicos usados nunca deben ser devueltos a la botella de suministro, ya que podrían haberse contaminado, y regresarlos podría contaminar la totalidad del suministro. Para evitar la contaminación, los goteros y pipetas no deben ser colocados directamente en frascos de reactivos. En su lugar, un suministro de la sustancia química debe ser colocado en un vaso de precipitados pequeño para el uso con un gotero o pipeta.
Las tapas o tapones de las botellas de reactivo no se deben colocar sobre una mesa de laboratorio, mientras que un producto químico está siendo sacado. Cuando se vierte un líquido reactivo, se debe mantener la botella de modo que la etiqueta esté en la palma de tu mano, así
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como para evitar que la etiqueta se dañe si algún producto químico gotea por el lado de la botella. Al diluir un ácido, siempre se debe añadir lentamente el ácido al agua.
Separar
A los estudiantes se les pide con frecuencia que separen mezclas en experimentos de laboratorio. Una de las técnicas más simples para separar un líquido de un sólido es decantar. La decantación es simplemente verter el líquido en otro recipiente sin perturbar el sólido. El filtrado es otra técnica para la separación de una mezcla. La filtración por gravedad es uno de los tipos más comunes de filtrado realizado en un curso de introducción a la química. La filtración por gravedad también puede ser ayudada con el uso de una aspiradora. El tipo de papel de filtro o tela usada para la filtración dependerá de los materiales que se están separando. La separación de mezclas también se puede hacer con un embudo de separación o bureta si los dos líquidos no son miscibles.
Calentar
Muchos experimentos de química requieren calentamiento, que se puede hacer de una variedad de maneras: el mechero Bunsen, el quemador de alcohol, el quemador Trill, la placa caliente o la manta de calefacción. Las gafas, siempre deben usarse al calentar los productos químicos. El cabello largo debe estar amarrado y se debe evitar que la ropa cuelgue al utilizar el calor en el laboratorio. Al calentar sustancias en un tubo de ensayo, asegúrate de sujetar el tubo en un ángulo con un soporte de tubos de ensayo adecuado. Siempre debes apuntar el tubo de ensayo lejos de ti y de los demás. Lo mejor es sólo llenar un tubo de ensayo a un quinto de lleno cuando se calienta. Los vasos de precipitados y matraces que se calientan sólo se deben llenar a un tercio de su capacidad. Cuando se calienta un líquido, lo mejor es utilizar cubiertas anti golpes o anti ebullición para permitir un calentamiento suave. Los líquidos inflamables no se deben calentar con una llama abierta. Calienta los líquidos inflamables con un baño de agua.
¿QUÉ SON LOS MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS?
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Los métodos de separación de mezclas son los procesos físicos, que pueden separar los componentes que conforman una mezcla. La separación consiste en que una mezcla se somete a un tratamiento que la separa en 2 o más sustancias diferentes. En esta operación las sustancias mantienen su identidad si algún cambio en sus propiedades químicas. Las sustancias se encuentran en forma de mezclas y compuestos en la naturaleza y es necesario purificar y separar para estudiar sus propiedades. La mayoría de las veces el método a utilizar se encuentra dependiendo del tipo de componente de la mezcla y sus propiedades particulares así como las diferencias más significativas. Las propiedades físicas que más se aprovechan de acuerdo a su separación, se encuentran la solubilidad, punto de ebullición y la densidad, entre las más destacadas. A continuación veremos los distintos métodos de separación más comunes, sencillos y más utilizados.
MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HETEROGENEAS:
Una mezcla heterogénea es aquella que posee una composición no uniforme en la cual se pueden distinguir a simple vista sus componentes y está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse fácilmente. Pueden ser gruesas o suspensiones de acuerdo al tamaño. Mezclas gruesas: El tamaño de las partículas es apreciable, por ejemplo: las ensaladas, concreto, etc. Y suspensiones: Las partículas se depositan con el tiempo, por lo general tiene la leyenda "agítese bien antes de usar", por ejemplo: medicamentos, aceite con agua, etc.
DECANTACIÓN: Es un método utilizado para separar un sólido, de grano grueso e insoluble, de un líquido. Consiste en esperar que se sedimente el sólido para poder vaciar el líquido en otro recipiente.
FILTRACIÓN: Con este método se puede separar un sólido insoluble de grano relativamente fino de un líquido. En este método es indispensable un medio poroso de filtración que deja pasar el líquido y retiene el sólido. Los filtros más comunes son: papel filtro, redes metálicas, fibra de asbesto, fibra de vidrio, algodón fibras vegetales y tierras especiales.
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CENTRIFUGACIÓN: Es un método utilizado para separar un sólido insoluble de grano muy fino y de difícil sedimentación de un líquido. Esta operación se lleva a cabo en un aparato llamado centrífuga, en el que aumenta la fuerza gravitación provocando la sedimentación del sólido. El plasma de la sangre puede separarse por este método.
TAMIZACIÓN: Consiste en separar una mezcla de materiales sólidos de tamaños diferentes. Es este caso se hace pasar la mezcla a través de un tamiz (colador o cedazo) que permite el paso del material más fino y deje las partículas gruesas sobre el tamiz. El tamiz es un instrumento formado por un aro o armazón con una tela o una malla más o menos tupida; el diámetro de sus orificios varía según lo que se quiera separar. Esta técnica permite separar mezclas de arena gruesa y fina, granos de diferentes tamaños, y otras mezclas.
SUBLIMACIÓN: Método utilizado en la separación de sólidos, aprovechando que alguno de ellos es sublimable, pasa de manera directa del estado sólido al gaseoso por incremento de temperatura.
IMANTACIÓN: Con este método se aprovecha la propiedad de algún material para ser atraído por un campo magnético. Los materiales ferrosos pueden ser separados de otros componentes por medio de un electroimán, para su tratamiento posterior.
DIFERENCIA DE SOLUBILIDAD: Permite separar sólidos de líquidos o líquidos de líquidos al contacto con un solvente que selecciona uno de los componentes de la mezcla. Este componente es soluble en el solvente adecuado y es arrastrado para la separación ya sea por decantación, filtración vaporización, destilación, etc., dejándolo en estado puro. Es muy común en la preparación y análisis de productos farmacéuticos.
MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS:
Las mezclas homogéneas son aquellas en las que los componentes de la mezcla no son identificables a simple vista. Una mezcla homogénea importante de nuestro planeta es el aire. Entre las mezclas homogéneas se distingue un tipo especial denominado disolución o solución. Al componente que se encuentra en mayor cantidad se le denomina solvente o disolvente y al que se encuentra en menor cantidad, soluto.
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CRISTALIZACIÓN: Consiste en la separación de un sólido soluble en un líquido, por ejemplo, si queremos separar la sal del agua de mar. Hay que hacer que el disolvente, es decir, el agua evapore y las partículas de sólido puedan unirse de manera ordenada, formando cristales. Para facilitar la evaporación se usa un recipiente que tenga una gran superficie: son los llamados cristalizadores, recipientes muy anchos y poca altura.
Cristalizador
DESTILACIÓN: Es un método de separación de mezclas homogéneas que sirve para separar líquidos aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. Se usa mucho en la industria alcohólica. Se calienta la mezcla a separar en un matraz de destilación que es un recipiente esférico de cuello largo y salida lateral para vapores. El líquido que tiene un punto de ebullición menor comienza a evaporar pasando por el tubo de refrigeración donde se va condensando; este líquido destilado se va recogiendo en un matraz. El montaje experimental sería este:
CROMATOGRAFÍA: Se basa en la separación de los componentes de una mezcla basándose en las diferentes velocidades que pueden desarrollar los componentes en un medio estacionario, como papel absorbente o una columna de relleno.
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Cromatografía
CANT. DESRIPCIÓN DEL MATERIAL REACTIVOS
1 Anillo metálico Agua destilada
1 Balanza Alcohol
Cubos metálicos y madera Cloruro de sodio
1 Espátula
1 Equipo de destilación
1 Matraz Erlenmeyer 250ML Refresco de cola *
1 Mechero Arena *
1 Probeta de 10 mL Regla *
1 Probeta de 100 mL 2Plumones (de agua) de
Papel filtro diferente color *
1 Soporte Universal *Material proporcionado
1 Tela/Malla de alambre con asbesto Por el alumno
2 Vasos de precipitado de 50 mL
2 Vaso de precipitado de 100 mL
1 Vasos de precipitado de 250 mL
1 Vidrio de reloj
DESARROLLO EXPERIMENTAL.
EXPERIMENTO 1.
1. Coloca las perlas de ebullición en el matraz balón.
2. Coloca aproximadamente 100 mL de refresco de cola. Con ayuda del
embudo
3. Calienta el matraz balón hasta que empiece a ebullir y observa.
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4. Mide el volumen recuperado en el matraz Erlenmeyer transcurrido
10 minutos.
5. No tires, ni tomes el refresco restante será útil para el experimento 3.
NOTA: Recuerda que está prohibido ingerir bebidas dentro del
laboratorio.
Siempre tiene que haber agua en movimiento en el refrigerante.
EXPERIMENTO 2:1. Prepara una mezcla con 0.1 g de Yodo y 5 g de arena en un vaso de
precipitado de 250 mL.
2. Calienta por 2minutos la mezcla cubriendo el vaso con una cápsula de
porcelana que contenga agua fría (utiliza el resto del refresco frio del
experimento 1).
3. Recupera los sólidos adheridos a la cápsula de porcelana.
Coloca en un vaso de precipitado 2 g de (cloruro de sodio) NaCl y 5 g de arena y disuelve en 50 ml de agua, que tipo de técnica utilizarías y pesa los productos.
Nota: Pesa el vaso de precipitado antes de realizar la mezcla.
Como primer paso pesamos los vasos de precipitado para que nuestras mediciones fueran exactas.
Nombre Peso del vaso de precipitado
Lo que se va agregar
Peso total
Cloruro de sodio (NaCl)
46.1g 2g 48.1
Arena 44.3g 5g 49.3g
Como segundo paso lo disolvimos en 50mL de agua.
Conociendo que la densidad del agua es menor a la de la arena pero mayor a la de la sal, se utiliza el método de decantación como primera técnica y así se separó parte de la arena a la del agua y sal.
EXPERIMENTO 3:
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1. Traza sobre dos tiras de papel filtro una línea con lápiz base a 1 cm
del borde inferior y superior y marca sobre una de las líneas dos puntos
centrales de diferente color (ver figura).
2. Coloca en 2 vasos de precipitado de 50mL; 5 ml de agua destilada
(solvente) y en otro coloca 5 ml de alcohol e introduce en cada vaso una
tira de papel filtro previamente marcada,
3. Cuando el agua haya llegado al límite superior, retira el papel filtro del
vaso y mide la distancia que recorrió la tinta.
4. Compara el tiempo y la distancia de recorrido de la tinta con ambos
solventes.
EXPERIMENTO 4:1. Pesa el cubo del material que se te proporcionó y registra tu
medición.
2. En una probeta de 100 ml, mide 50 ml de agua destilada.
3. Introduce el cubo en la probeta y mide el volumen desplazado.
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CONCLUSIONES.
CUESTIONARIO.
1. Identifica el compuesto y la mezcla en el experimento:
2. ¿Qué técnica de separación utilizaste en los experimentos 1 y 2 y por
qué?
En el experimento 1 utilizamos la técnica de destilación ya que se
requria separ es el procedimiento más utilizado para la separación y
purificación de líquidos, y es el que se utiliza siempre que se pretende
separar un líquido de sus impurezas no volátiles.
La destilación, como proceso, consta de dos fases: en la primera, el
líquido pasa a vapor y en la segunda el vapor se condensa, pasando de
nuevo a líquido en un matraz distinto al de destilación.
En el experimento 2 utilizamos la técnica de decantación ya que
necesitamos sedimentar una sus sustancia y des pues utilizamos la
técnica de vaporización para tener la sustancia de la sal.
3. ¿Qué cambios de estado se presentaron en cada uno de los
experimentos?
Experimento 1: liquido, gaseoso
Experimento 2: vaporización, liquido, solido
Experimento 4: liquido
Experimento 5: solido
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5. Determina la densidad del cubo, compara tu resultado con el de la
bibliografía e identifica con qué elemento trabajaste.
Material. Masa. volumen Densidad.
Plástico 1.2 gr. 51 ml. 0.02352. gr/ ml.
Bronce. 8.5 gr. 51 ml. 0.1666 gr/ ml.
6.8 gr. 50.5 ml. 0.1346 gr/ ml.
6. Explica lo que observaste en el proceso de destilación.
En el proceso de destilación se observó que La destilación es la
operación de separar, comúnmente mediante calor, los diferentes
componentes líquidos de una mezcla, aprovechando los diferentes
puntos de ebullición (temperaturas de ebullición) de cada una de las
sustancias a separar. La destilación se da en forma natural debajo del
punto de ebullición luego se condensa formando nubes y finalmente
llueve. Es decir; es un proceso que consiste en calentar un líquido hasta
que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a
continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en
forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la
destilación es separar una mezcla de varios componentes.
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BIBLIOGRAFÍA.
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1996. EDUNSA, Barcelona.
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Anexos.
