Mezclas Homogéneas y Heterogéneas

Alfredo de Jesús Hernández MartínezCuenta 31119684-7

Química

Las variables que afectan el trabajo de laboratorio, los materiales de vidrio y otros conceptos como disolución, solubilidad y mezclas son realmente básicos en el trabajo de laboratorio por eso mismo los develamos, clasificando el material de vidrio por medio de la incertidumbre de sus mediciones, preparando disoluciones y luego separándolas por medios físicos en sus componentes. Encontramos que hay muchas particularidades (en cuanto a conceptos y técnicas), que nos ayudaran a mejorar nuestro trabajo de laboratorio.

Introducción

De manera general algo que no puede faltar en un laboratorio experimental son las “buenas practicas”, que tienen como principios, por ejemplo; tener instalaciones adecuadas y certificadas, personal calificado y desde luego equipo adecuado, esto es increíblemente esencial para asegurar la integridad de las personas que laboran y los resultados que ahí se obtienen. Estos resultados puede verse afectados por las corrientes de aire, las diferencias de potencial en los equipos eléctricos, la temperatura del ambiente, la precisión de los materiales. Los materiales de vidrio son de los más utilizados en el laboratorio experimental, “la calidad de los materiales empleados define la calidad de las determinaciones” (Dharan,1982: p. 39). La calidad depende de la composición de los materiales de vidrio por lo que estos se separan en dos grandes rublos, los que están constituidos por Sosa (que no sirven para contener ácidos fuertes o para ser expuestos a altas temperaturas) y aquellos que están compuestos por Borosilicatos que únicamente son atacados por bases fuertes a gran temperatura. Los materiales que se utilizan para medir constantemente se separan en Clase A y Clase B, en cuanto a las diferencias, un material Clase A ofrece mayor exactitud1, pero un material Clase B (menos exacto) para los fines de un Laboratorio de Ciencia Básica es aceptable. Uno de los conceptos más básicos en laboratorio es el de mezcla, desde luego por que continuamente se trabaja con mezclas de sustancias. Una mezcla es la unión de sustancias que conservan propiedades independientes y se pueden dividir en mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas. Las mezclas homogéneas son totalmente uniformes, tienen las mismas propiedades en todo el sistema y no presentan fases. Por otro lado las mezclas heterogéneas presentas dos o más fases y no son uniformes ya que hay discontinuidades a simple vista. Y desde luego puede expresarse la composición de la mezcla, le llamamos concentración, es la cantidad de soluto disuelta en una cantidad disolvente. Asimismo se puede clasificar en unidades físicas y químicas. Las unidades físicas son, por ejemplo; %m/m, %m/v, %v/v y ppm. En cuanto a las químicas pueden ser Molaridad (mol/L), Normalidad (#equi/L) y Molalidad (mol/Kg). Las mezclas homogéneas generalmente hace alusión a una disolución, y se catalogan en diluidas, concentradas, saturadas y sobresaturadas. Se estudiaran las disoluciones saturadas, que es cuando el disolvente no acepta más soluto a esa temperatura y las disoluciones sobresaturadas se producen cuando se puede añadir más soluto debido a un cambio en la temperatura.

Así como podemos preparar disoluciones, también podemos (en casi todos los casos) separarlas en sus componentes originales esto claro aprovechando sus propiedades físicas, por medios como lo serían filtración, cristalización o sublimación.

Procedimiento Experimental

1 La exactitud es cuando el valor medido se acerca más al valor real. No confundir con Precisión.

Clasificación de materiales de vidrio

Se clasificaron los materiales de vidrio presentes en las gavetas según sus cualidades, en tres categorías; medir, contener y servir.

Determinación de incertidumbre asociada a medición con materiales volumétricos

Para el vaso de precipitados y la probeta graduada:

El recipiente seco, fue pesado en una balanza granataria. Vertió 10 mL de agua destilada en recipiente con ayuda de la piceta. Peso nuevamente el recipiente en una balanza granataria con el fin de determinar por diferencia, la masa del agua destilada añadida. El procedimiento lo realizo por triplicado para cada material.

Para la pipeta graduada y volumétrica.

Un vaso de precipitados es pesado en la balanza granataria. A continuación 10 mL de agua destilada fueron pipeteados y los vertió en el vaso de precipitados. Enseguida lo peso en la balanza granataria con el propósito de determinar la masa de agua destilada que fue añadida. El procedimiento lo realizo por triplicado para cada material.

Determinar la solubilidad de un electrolito a 25°C y a ±50°C

El electrolito utilizado fue CuSO4 ˙5H 2O . A aproximadamente 25°C fueron midió 10 mL de agua destilada con ayuda de una pipeta volumétrica y vertidos en un matraz Erlenmeyer de 25mL. Posteriormente taro un papel enserado fueron pesados en él, 250mg de la sal en la balanza granataria. Vertió la sal en el matraz y agito cuidadosamente hasta que el soluto se disolvió, hizo anotaciones cuando añadía la sal. Continúo agregando CuSO4 ˙5H 2O hasta que ya no se disolvió más y procedió a hacer la anotación de cuantos gramos había sido añadidos. Coloco el tripie, la maya de asbesto y el mechero. Calentó la disolución hasta aproximadamente ±50°C y añadió 250mg mas de sal.

Separación de componentes de una mezcla

La mezcla contenia I 2, SiO2, NaCl. Peso en un matraz Erlenmeyer de 25mL, 2 g de la muestra problema. Los separo en 4 porciones de .5 g cada una. Utilizo tres para cuantificar sus componentes y una como contención. A partir de aquí lo repitió para las tres muestras problema. Coloco .5g de la mezcla en un matraz Erlenmeyer de 250mL, taro y sitúo el vidrio de reloj encima del matraz. Instalo el tripeé, el mechero y la malla de asbesto. Puso el matraz a calentar y sobre el vidrio de reloj agrego hielo con sal, para asi comenzar con la sublimación del I 2. Una vez que sublimo todo el Yodo, peso el vidrio de reloj. Dejo enfriar el matraz, después agrego 10 mL de agua destilada y agito con una barilla de vidrio. Calentó ligeramente para favorecer la disolución de NaCl. Ubico el Matraz kitazato y el embudo en el soporte universal. Taro un papel filtro de poro fino y lo coloco en el embudo. Abrió el vacío, mojo el papel filtro con agua destilada. Vertió en caliente la disolución de NaCl y SiO2. Agrego ocasionalmente agua destilada al matraz y agito, para lavar a fondo el soluto del contenedor. Dejo secar el papel filtro y peso. Taro un matraz Erlenmeyer de 250mL, trasvaso la disolución del NaCl del matraz kitazato al matraz Erlenmeyer.

Calentó la disolución hasta que casi se había evaporado toda el agua, agito continuamente cuando quedaba una pequeña porción de agua y detuvo la ebullición cuando toda el agua se había evaporado. Dejo enfriar y peso el matraz con la sal.

Resultados

Tabla 1. Clasificación de material de vidrioMedir Contener Servir

Probeta graduada Tubo de ensayo BuretaPipeta graduada Vaso de pp Pipeta graduadaPipeta volumétrica Matraz volumétrico Pipeta volumétrico

Matraz Erlenmeyer Probeta graduadaMatraz kitazato Vaso de ppVidrio de reloj

Tabla 2. Incertidumbre de los materiales volumétricosMaterial # de medición [g] X m [g] Vol. H 2O[mL]

Vaso de pp 6.48 7.18 7.39 7.02 7.02Probeta graduada 8.25 7.61 8.46 8.10 8.10Pipeta graduada 9.96 9.87 9.79 9.88 9.88Pipeta volumetrica 10.01 10.15 10.00 10.05 10.05

Tabla 3. Solubilidad de un electrolito# de porciones[1 porcion =250mg]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Vol. de agua[mL]

10

Tabla 4. Separación de componentes de una mezcla #ESustancia

1 2 3 X mMasa[g] %m/m Masa[g] %m/m Masa[g] %m/m Masa[g] %m/m

NaCl .248 .49.6 .273 54.6 .252 50.4 .257 51.4I 2 - - .22 44 .26 52 .24 48SiO2 .12 24 .121 24.4 .109 21.8 .116 23.2

Análisis de resultados

Para la tabla 1 los materiales que mide se usan para servir y algunos que contienen también sirven. De la tabla

2 con la densidad del agua de aproximadamente 1gmL

con la fórmula de la densidad, V=m/d por lo tanto

Vaso de pp V= [7.023g/1(g/mL)]= 7.023mL Probeta graduada V= [8.10g/1(g/mL)]= 8.10mL

Pipeta graduada V=[ 9.91g/1(g/mL)]= 9.91mL Pipeta volumétrica V= [10.05g/1(g/mL)]=10.05mLDe acuerdo a los cálculos contienen vaso de pp<probeta graduada<pipeta graduada<pipeta volumétrica. Por lo que una pipeta volumétrica sería el mejor material para medir un volumen siendo el vaso de pp el peor. En cuanto a la tabla 3 se obtiene que a 25°C se agregaron 13 porciones, es decir;13 x 250mg= 3250 mg (1g/1000mg)= 3.25 g de sal en 10 mL de disolución o lo que sería lo mismo 32.5g de CuSO4 ˙5H 2O en 100 mL de agua, bastante cercana a la reportada en la literatura que es de 33 g de CuSO4 ˙5H 2O en 100 mL de agua. Respecto a la disolución sobresaturada, efectivamente se disolvió la porción excedente al calentar la disolución, después al enfriar cristalizo. La tabla 4 reporta los datos de los componentes de una mezcla, para el NaCl los siguientes datosMuestra 1 %m/m=(.248g/.5g)x100= 49.6%m/m El promedio es de %m/m=(.257g/.5g)x100=51.4%m/mMuestra 2 %m/m=(.273g/.5g)x100= 54.6%m/m Muestra 3 %m/m=(.252g/.5g)x100= 50.4%m/mEl SiO2 reportamos los siguientes datos Muestra 1 %m/m= (.12g/.5g)x100=24%m/m El promedio es de %m/m=(.116g/.5g)x100=23.2%m/mMuestra 2 %m/m=(.14g/.5g)x100=24.4%m/m Muestra 3 %m/m=(.109g/.5g)x100= 21.8%m/m Y el I 2 reporta solo dos datos, debido a que en una de las mediciones se perdió todo el yodo. Muestra 2 %m/m=(.22g/.5g)x100= 44%m/m El promedio es de %m/m=(.24/.5)x100=48%m/mMuestra 3 %m/m=(.26g/.5g)x100= 52%m/mEn promedio de los componente de la mezcla es I 2(%m/m=48), SiO2(%m/m=23.2), NaCl(%m/m=51.4)

Conclusiones

Realmente creo que se cumplieron todos los objetivos experimentales, en el caso de la solubilidad obtuvimos una cercana a la que presenta la literatura aunque las temperaturas fueron un estimado creo que para fines académicos quedo muy bien, para el material de vidrio fue tal y como se esperaba demostramos que el vaso de pp no sirve para medir a pesar de que no medimos la temperatura que probablemente no hubiera cambiado considerablemente el experimento, los resultados hubieran quedado igual de marcados. En el caso de la composición de la mezcla, los porcentajes parecen irreales, la temperatura fue un factor importante para la determinación del Yodo. Pero opino que en su mayoría el dato que está mal es el de yodo ya que desde el principio nos dio problemas. Los datos del dioxido de silicio y cloruro de sodio en mi opinión son los más confiables. Me hubiera gusta que ese experimento no hubiera sido tan precipitado debido a que no profundizamos lo suficiente en el método de sublimación por lo que no fuimos capaces de predecir que los materiales que se nos proporcionaron no eran adecuados.

Bibliografía [1] Chang, Raymond. (1992). Química. México. Editorial Mc Graw Hill.[2] Dharan, Murali. (1982). Total quality in the clinical laboratory. (2 ed.). Barcelona. Editorial Reverte.[3] Mortimer, C. E. (1983). Química. México. Grupo Editorial Iberoamericana.

Densidad

Alfredo de Jesús Hernández MartínezCuenta 31119684-7

Química

En concreto la densidad de una disolución puede ser de gran ayuda para conocer su concentración, claro que previo a esto, debe construirse una curva de calibración, la cual será calculada entorno a una serie de cálculos estadísticos sobre datos experimentales obtenidos del medir la densidad de una serie de

disoluciones de NaCl con ayuda de un densímetro. De manera que los datos obtenidos sean un apoyo para calcular la concentración de una muestra problema con su densidad como punto de partida.

Introducción

La densidad de una sustancia es importante porque el dato numérico bien podría ayudarnos a reconocer a la sustancia o también podría auxiliarnos en el cálculo para la preparación de una disolución. Puede calcularse experimentalmente para líquidos a partir de un picnómetro (y su diferencia de pesos) o con un

densímetro por el empuje que el líquido ejerce sobre él. Las unidades que emplea son gmL

dado que se

define como el cociente de la masa entre el volumen que esta ocupa. Para las disoluciones su concentración tiene un papel determinante en su densidad ya que, la cantidad de soluto podría aumentar o disminuirla.Si se desea determinar la densidad experimentalmente de una disolución a diferentes concentraciones, un análisis estadístico podría mostrarnos mucho más precisamente y exactamente cómo es que esta puede variar. Existen muchos tipos de acercamiento estadísticos pero el utilizado en general es llamado “Minimos Cuadrados” que se basa en un ajuste de todos los pares ordenados en una sola función continua, por medio del mínimo error cuadrático. Esta metodología debe arrojar una fórmula de la forma y=mx+b.La curva es calculada obteniendo primero una serie de sumas con respecto a los valores de x, y y su producto.

∑i=1

n

x i ∑i=1

n

yi ∑i=1

n

xyi ∑i=1

n

x2i ∑i=1

n

y2i

Una vez establecidas estas series de sumas en una tabla se procede a calcular la curva con las siguientes formulas

∑ y = nb + m∑ x

∑ xy = b∑ x + m∑ x2

Una vez calculada la función, se obtiene el coeficiente de correlación lineal R2, el cual puede calcular a partir del coeficiente de correlación de Pearson de la siguiente manera.

σ xy=∑ xy

n−(xm)( ym) σ x=√∑ x2

n−xm

2 σ y=√∑ y2

n− ym

2

R2=¿

Al ecuación resultante se le llama “curva de calibración” que no es más que la función que puede describir con menor error el experimento. El coeficiente R2 debe respetar el intervalo de cero a uno, siendo “uno” cuando la correlación es perfecta.

Procedimiento Experimental

Preparo una serie de disoluciones a las concentraciones de 2, 4, 8, 12, 16, 20 ,24 ,28 y 32 %m/m de NaCl en 200 mL de agua destilada en un matraz Erlenmeyer, coloco el tubo para densímetro con las pinzas de

tres dedos en el soporte universal. Lo siguiente fue realiza para todas las disoluciones, desde luego iniciando por la disolución de menor concentración y a partir de ahí en forma ascendente. Trasvaso la disolución al tubo para densímetro, coloco el densímetro poco a poco dentro lo dejo que se ajustara y tomo la medición. Lavo con agua corriente y agua destilada el tubo para densímetro y prosiguió con la siguiente disolución.

Resultados

# E %m/mDensidad [

gmL

¿

1 0 1.0022 2 1.0103 4 1.0264 8 1.0525 12 1.0826 16 1.1207 20 1.1428 24 1.1709 28 1.19410 32 1.198

Análisis de resultados

Se calculan las sumas estadísticas a los datos experimentales como sigue

#E X=%m/m Y=Densidad [gmL

¿x2 y2 xy

1 0 1.002 0 1.004 02 2 1.010 4 1.020 2.0203 4 1.026 16 1.052 4.1044 8 1.052 64 1.119 8.4645 12 1.082 144 1.170 12.9846 16 1.120 256 1.254 17.9207 20 1.142 400 1.304 22.8408 24 1.170 576 1.368 28.0809 28 1.194 784 1.425 33.43210 32 1.198 1024 1.435 33.336∑ 14.6 11.002 3268 2.151 168.18

Se aplican las formulas

∑ y = nb + m∑ x

∑ xy = b∑ x + m∑ x2

Sustituyendo valores Despejando b en 1

11.002 =10b + 146m . . . (1) b =11.002−146m

10 . . . (1.1)

168.18 =146b + 3268m. . . (2)

Sustituyendo 1.1 en 2 y resolviendo Sustituyendo m en 1.1

168.18 = 1606.29−213168m

10−3268m b =

11.002−146 (0.0066)10

=1.0038

168.16 =160.62 – 2131.68m + 3268m

m = 7.561136.4

=0.0066

Por lo tanto la función queda de la siguiente manera

y= 0.0066x + 1.0038

Donde y= densidad x= %m/m b= densidad del agua

Calcula R2

σ x=√ 326810 −14.62=10.6602 σ y=√ 12.15110−1.12= 0.0707 σ xy=

168.1810

(14.6)(1.1)= 0.75

R2=¿= .9920

0 5 10 15 20 25 30 350.9

0.95

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

Densidad Experimental Curva de calibracion

Grafica 1. Curva de calibración

En base a la curva de calibración construida puede estimarse el %m/m de la muestra problema cuya

densidad fue 1.024 gmL

.

Despejando el valor de x Sustituyendo 1.024 en 1.3

x= y−1.00380.0066

. . .(1.3) x= 1.024−1.0038

0.0066=

0.02020.0066

=3.06%m/m

%m/v= 3.06g NaCl100 gdisol .

X 1.0038gdisol1mLdisol .

X 100= 3.07%m/v

M= 3.07g NaCl100mLdisol .

X 1mol NaCl58.4 gNaCl

x 1000mLdisol .1 Ldisol .

= 0.5256 molL

Efectivamente el método estadístico de “mínimos cuadrados” fue una herramienta importante para poder calcular la curva de calibración y desde luego la concentración de la muestra problema. Y como el valor de R2 esta dentro de un rango aceptable, los resultados obtenidos también lo serán.

Conclusiones

Con la ecuación que construimos podemos encontrar que para todas las concentraciones habrá un valor de densidad diferente, lo cual resulto útil en el análisis de la muestra problema. La parte experimental fue realmente corta ya que con el método estadístico se realizó casi todo el trabajo. En nuestro caso la R2 fue cercana a uno, lo que hace que los resultados que se pueda obtener a partir de esa curva de calibración tengan algún grado de exactitud, pero no demasiado. Puedo atribuir casi completamente los errores a los operadores, falta de adiestramiento y a errores de medición, tal vez las constantes corrientes de aire que circulan porque el laboratorio conserva la puerta abierta pudieron afectar las pesas al preparar las disoluciones. Sin embargo en el experimento en general se cumplieron con los objetivos experimentales que se plantearon.

Bibliografía[1] Chang, Raymond. (1992). Química. México. Editorial Mc Graw Hill.[2] D.A.Skoog, D.M.West, F.J. Holler y S.R Crouch. (2005). Fundamentos de Química Análitica. 8ª Edición México. Editorial Thomson [3] D.C. Harris. (2006). Análisis Químico Cuantitativo. 3ª Ed. Barcelona. Español Reverte.