FACULTAD DE QUÍMICA.QUÍMICA GENERAL I. LABORATORIO.

Práctica No. 01“Separación de los componentes de una mezcla”

PROBLEMASeparar cuantitativamente al cloruro de sodio, naftaleno y dióxido de silicio de una mezcla sólida.Determinar su composición porcentual.

OBJETIVOObtener el mejor método de separación para poder separar cuantitativamente los elementos: NaCl2, C10H8, SiO2 de una mezcla.

HIPÓTESISSepararemos la mezcla homogénea, con dos tipos de métodos, basándonos en la solubilidad y puntos de fusión de los compuestos.

CONCEPTOS RELACIONADOS

● Sustancia: Forma de materia que tiene composición definida (constante) y propiedades distintivas.

● Sustancia pura: Se llama sustancia pura a aquella que no se puede descomponer en otras mediante procedimientos físicos (como calentamiento o un campo magnético). Es posible que la sustancia pura se descomponga mediante reacciones químicas; si se descompone en más de un elemento químico, se dice que la sustancia es compuesta; en caso contrario, se dice que es una sustancia simple.

● Elemento: Sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos.

● Compuesto: Sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas.

● Mezcla: combinación de dos o más sustancias en las cual las sustancias conservan sus propiedades características. Son de dos tipos:

● Homogénea: la composición de la mezcla es la misma en toda la disolución.

● Heterogénea: la composición de la mezcla no es uniforme.● Solubilidad: La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que se puede

disolver en una cantidad de disolvente a una temperatura determinada. Se expresa como gramos de soluto por cada 100 cm3 de disolvente a una temperatura dada.

● Evaporación: es un proceso físico del estado de agregación de la materia, en el cual se pasa de un estado líquido al estado gaseoso.

● Métodos físicos de separación:

● Decantación: La decantación se utiliza para separar líquidos que no se disuelven entre sí o un sólido insoluble en un líquido. El aparato utilizado, (fig1), se llama ampolla o embudo de decantación. La decantación es el método de separación más sencillo, y comúnmente es el preámbulo a utilizar otros más complejos con la finalidad de lograr la mayor pureza posible. Para separar dos fases por medio de decantación, se debe dejar la mezcla en reposo hasta que la sustancia más densa se sedimente en el fondo. Luego dejamos caer el líquido por la canilla, cayendo en otro recipiente, dejando arriba solamente uno de los dos fluidos.

■ Filtración: La filtración es el método que

se usa para separar un sólido insoluble de un líquido. El estado de

subdivisión del sólido es tal que lo obliga a quedar retenido en un

medio poroso o filtro por el cual se hace pasar la mezcla.

■ Destilación: se usa para separar dos líquidos miscibles entre sí,

que tienen distinto punto de ebullición, como una mezcla de agua y

alcohol etílico; o bien, un sólido no volátil disuelto en un líquido,

como la mezcla de permanganato de potasio disuelto en agua.

■ Sublimación: Es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso sin fundirse. En una mezcla, la presencia de una sustancia que sublima permite su separación por este método.

■ Cromatografía: comprende un conjunto de diversos métodos de separación de mezclas muy útiles en la industria como en la investigación. Se utiliza para separar e identificar mezclas complejas que no se pueden separar por otros medios. Existen varios métodos cromatográficos: de papel, de capa delgada o capa fina, de columna y de gas. Todos, sin embargo, utilizan como principio la propiedad de capilaridad por la cual una sustancia se desplaza a través de un medio determinado.

■ Evaporación: Consiste en calentar la mezcla hasta el punto de ebullición de uno de los componentes, se deja hervir hasta que este se evapore totalmente. Este método se emplea si no se necesita utilizar el componente evaporado, en el recipiente quedarán los otros componentes. Por ejemplo cuando se quiere separar un sólido disuelto en un líquido, el líquido se evaporará, dejando en el fondo del recipiente únicamente al sólido.

●Concentración: relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de solución o de solvente.

Figura 1

● Concentración porcentual. Son las partes que existen de soluto en 100 partes de disolvente.

● Concentración porcentual en masa. Expresa los gramos de soluto por cada 100 gramos de disolución.

● Concentración porcentual en volumen. Expresa el volumen de soluto disuelto por cada 100 mililitros de disolución.

● Gas: Estado de la materia en que las moléculas están separadas por distancias que son grandes en comparación con el tamaño de las moléculas.

● Sólido: Estado de la materia donde las moléculas se mantienen unidas en forma organizada, con poca libertad de movimiento.

● Líquido: Estado de la materia donde las moléculas están unidas, pero no en una posición tan rígida y se pueden mover libremente entre ellas.

● Punto de fusión: es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido-líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

MAPA CONCEPTUAL

Material:

➢ Vaso de precipitados➢ Vidrio de reloj ➢ Balanza analítica ➢ Papel filtro ➢ Probeta ➢ Agitadores

➢ Espátula ➢ Matraz aforado➢ Embudo ➢ Soporte de metal ➢ Ampolla de captación

Sustancias:

Cloruro de Sodio (NaCl):✓ Inhalación: Trasladar al aire fresco. Si no respira administrar respiración artificial.

Si respira con dificultad suministrar oxígeno. Mantener la víctima abrigada y en reposo. Buscar atención médica si es necesario.

✓ Ingestión: Lavar la boca con agua. Si está consciente, suministrar abundante agua. No inducir el vómito. Buscar atención médica si es necesario.

✓ Piel: Retirar la ropa y calzado contaminados. Lavar la zona afectada con abundante agua y jabón, mínimo durante 15 minutos. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica de inmediato.

✓ Ojos: Lavar con abundante agua, mínimo durante 15 minutos. Levantar y separar los párpados para asegurar la remoción del químico. Si la irritación persiste repetir el lavado. Buscar atención médica.

Naftaleno (C10H8): ✓ Inhalación: Sacar a la persona expuesta de la zona de exposición y llevarla a un

lugar bien ventilado. En casos graves, administrar oxígeno o respiración artificial.✓ Ingestión: Si la persona está consciente, tratar primero de inducir el vómito y

después administrar una copiosa cantidad de agua. No administrar nada por vía oral a una persona inconsciente. Obtener asistencia médica inmediata.

✓ Piel: Retirar las prendas contaminadas. Lavar la zona afectada con agua y jabón no abrasivo.

✓ Ojos: Irrigar inmediatamente con los ojos abiertos y con abundante agua.

Dióxido de silicio SiO2: ✓ Inhalación Mover al paciente a zona con aire fresco. Si los síntomas persisten,

consultar al médico. ✓ Contacto con la piel En caso de contacto lavar con abundante agua y jabón.✓ Contacto con los ojos Enjuagar con abundante agua. Mantener los párpados

separados del globo ocular para asegurar el lavado minucioso, consultar al médico si la irritación persiste.

✓ Ingestión No causa efectos adversos a la salud sin embargo debe manipularse de manera apropiada usando los implementos necesarios, en caso de ingestión enjuagar la boca. No inducir el vómito.

CUESTIONARIO PREVIO

01. A las sustancias se les clasifica en elementos y compuestos. ¿Qué diferencias existen entre ambos? Los compuestos son la mezcla de elementos y estos se pueden separar por métodos físicos o químicos, mientras los elementos son sustancias puras.

02. Las mezclas resultan de la combinación de dos o más sustancias y se clasifican en homogéneas y heterogéneas. ¿Qué características fundamentales las hacen distintas?Las mezclas Homogéneas constan de una sola fase llamada disolución o solución. Son sustancias que tienen propiedades y composición constante en todas sus partes mientras las mezclas Heterogéneas son sistemas de unión física de sustancias donde se encuentran dos o más componentes es decir sus elementos se distinguen a simple vista.

03. Da un ejemplo cotidiano de mezclas homogéneas de: a) Gases Aire (Nitrógeno, Oxígeno, Argón, etc.), Gas casero (metano, butano, etilmercatano)b) SólidosAceros, bronce, pewter, latón.c) Un gas y un líquidoRefresco, Solución HCLd) LíquidosAgua con detergente, leche, bebidas alcohólicas

04. Describe 4 métodos físicos diferentes que se utilicen en la separación de los componentes de una mezcla cualquiera.

Evaporación: El elemento sólido se vuelve líquido y este pierde sus propiedades físicas.

Decantación: Separación de dos elementos líquidos que no se pueden mezclar a través de la acción de la gravedad.

Filtración: Separación de un elemento sólido que no pudo ser disuelto dentro de un elemento líquido.

Destilación: Se utiliza para separar dos líquidos miscibles con diferentes puntos de ebullición, utilizando la ebullición del primer líquido y luego el vapor obtenido de ese líquido se pasa por un condensador enfriado y condensado el vapor cambiando al estado líquido el cual será recogido por un matraz o recipiente

05. Elabora un diagrama de flujo con un procedimiento experimental realizable en el laboratorio, para separar una mezcla de cloruro de sodio (NaCl), Naftaleno (C10H8) y dióxido de silicio (SiO2). Puedes considerar la siguiente información útil:NaCl: sólido cristalino incoloro, soluble en agua con punto de fusión de 801 ºC.C10H8: sólido cristalino blanco, poco soluble en agua. Sublima entre 50 y 100 ºC.

Se proporcionó una mezcla solida de NaCl, SiO2 y C10H8

Pesamos 2g de esta mezcla y dividir en 3 partes iguales

Sublimar la mezcla sólida para obtener el C10H8

Después de que el C10H8 suba completamente, recolectar los cristales y pesarlos.

Después de sublimar quedara el NaCl y el SiO2, disolver estas dos sustancias en 50ml. De agua y revolver la mezcla con un agitador hasta que el NaCl se logre disolver.

Filtrar la mezcla de NaCl, SiO2 y H2O, en la que el NaCl quedara disuelto y el SiO2 en el papel filtro, se pondrá a secar el papel filtro y una vez seco recolectar el SiO2 y

pesarlo en un vidrio de reloj.

Inicio

Finalmente repetir este procedimiento dos veces más.

Al quedar el NaCl en los 50 ml de agua lo destilaremos para poder obtener el NaCl cuando se evapore el agua.

Raspar el vaso de precipitados para recuperar el NaCl y pesarlo en un

vidrio de reloj.

SiO2: sólido cristalino incoloro insoluble en agua con punto de fusión de 1713 ºC.

DIAGRAMA DE FLUJO

06. Si 350.0 g de una mezcla contiene, 100.0 g de NaCl, 35.0 g de C10H8 y 215.0 g de SiO2. ¿Cuáles serán las composiciones porcentuales de cada una de estas sustancias en la mezcla?

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

01. Se te proporcionarán únicamente 2.0 g aproximadamente de una mezcla sólida de cloruro de sodio, yodo y dióxido de silicio. Separa en tres partes la muestra que se te proporcionó y anota la masa de cada una en la tabla.

02. Basándote en el diagrama que elaboraste en la pregunta 05 del cuestionario previo, discute con tus compañeros cuál sería el mejor procedimiento para separar y cuantificar los componentes químicos de la mezcla.

03. Para obtener datos experimentales confiables, debes realizar el experimento por lo menos tres veces, una con cada una de las porciones que separaste. Al final de la práctica deberás completar la tabla 1.

RESULTADOS

Tabla 1. Resultados de los tres experimentos realizados.

Experimento No. 1Masa mezcla: 0.67 g

Experimento No. 2Masa mezcla: 0.67 g

Experimento No. 3Masa mezcla: 0.67 g

Sustancia Masa % m/m Masa % m/m Masa % m/m%m/m promedio

NaCl 0.116 g17.31 %m/m

0.173 g25.82 %m/m

0.156 g23.28 %m/m

22.13 %m/m

C10H8 0.05 g7.46 %m/m

0.06 g8.95 %m/m

0.0305 g4.55 %m/m

6.98 %m/m

SiO2 0.45768.20 %m/m

0.482 g71.94 %m/m

0.377 g56.26 %m/m

65.46 %m/m

92.97 %

106.71 %

84.09 %

CUESTIONARIO FINAL

01. ¿Qué porcentaje hay de cada componente en la mezcla? Para contestar esta pregunta necesitarás una expresión como la siguiente (realiza el cálculo para cada uno de los experimentos):

(masadel componente Amasade lamezcla )x 100%=porcentaje del componente A

Cálculos del experimento No. 1:

% NaCl = 17.31 %m/m

%C10H8 = 7.46 %m/m

% SiO2 = 68.28 %m/m

NaCl:

( 0.116 g0.67g )x 100%=¿

17.31 %m/m

C10H8:

( 0.05 g0.67 g ) x100%=¿

7.46 %m/m

SiO2:

( 0.457 g0.67 g ) x100%=¿

68.28 %m/m

Cálculos del experimento No. 2:

% NaCl = 25.82 %m/m

%C10H8 = 8.95 %m/mNaCl: C10H8: SiO2:

( 0.173 g0.67 g ) x100%=¿

25.82 %m/m

( 0.05 g0.67 g ) x100%=¿

8.95 %m/m

( 0.482g0.67 g ) x100%=¿

71.94 %m/m% SiO2 = 71.94 %m/m

Cálculos del experimento No. 3:

% NaCl = 23.28 %m/m

%C10H8 = 4.55 %m/m

% SiO2 = 56.26 %m/m

NaCl:

( 0.156 g0.67 g ) x100%=¿

23.28 %m/m

C10H8:

( 0.0305 g0.67 g ) x100%=¿

4.55 %m/m

SiO2:

( 0.377 g0.67 g ) x100%=¿

56.26 %m/m

02. Si el porcentaje promedio de los tres componentes suma menos del 100%, ¿qué explicación razonable encuentras? Podría explicarse por pérdida de sustancia en el momento de hacer los transvasados, de igual forma al realizar cada uno de los procesos, puede registrarse una ligera disminución por el residuo que no pudo extraerse del matraz o del papel filtro. En el último experimento, como este se interrumpió te una clase a otra, se registró mayor pérdida de todas las sustancias, al tener que hacerse el procedimiento dos veces.

03. En caso de que sume más del 100 %, ¿cuál pudo haber sido el problema? Debido a que se realizó una solución acuosa, la humedad restante de los productos obtenidos de esta podría ser la que afectó el pesaje de las sustancias y por lo tanto el porcentaje masa/masa de cada una de estas y la suma nos dio más del 100%

04. Si se desea que la suma de los componentes separados sea del 100 % ¿Qué modificaciones harías al experimento que llevaste a cabo? Primero procuraríamos hacer de la manera más cuidadosa posible cada proceso de separación para evitar pérdidas y considerar los márgenes de error de nuestros instrumentos de medición.

05. ¿Cómo separarías una mezcla de aceite, agua, sal y arena?

1. Dejar en reposo la mezcla para que la arena sedimente, de esta manera se procedería a filtrar la mezcla, obteniendo así la arena, que quedará en el papel filtro.

2. Como el agua y el aceite no son miscibles, podemos separarlos utilizando el método de decantación, utilizando la ampolla de decantación, obtendremos dos “fases”, el aceite y por otro lado el agua y la sal disuelta.

3. Por medio de la evaporación separamos el agua de la sal.

PREGUNTAS FINALES

06. ¿Qué tipo de mezcla se te proporcionó y cómo lo determinaste? Se nos proporcionó una mezcla homogénea, pues se encontraba en una sola fase sólida y, no se distinguían a simple vista cada uno de sus componentes.

07. ¿Cuántos y cuáles son los métodos de separación que empleaste en la práctica? Se utilizaron tres métodos de separación: Sublimación para separar el naftaleno de la mezcla, cristalizando este en la boquilla del matraz; luego ésta se diluyo en agua destilada y se utilizó la filtración para separar el SiO2, que al no ser soluble en agua, quedo sedimentado en el matraz; por último se utilizó la evaporación, para así obtener el NaCl.

08. ¿Qué propiedades de los componentes se aprovechan para elegir cada uno de los métodos de separación? Se utilizaron sus propiedades físicas intensivas, específicamente, la solubilidad en agua de las tres, el punto de fusión de dos de ellas (NaCl, SiO2) y el punto de sublimación del naftaleno.

Tratamiento de residuos El C10H8 obtenido se recolecta en el contenedor que se encuentra en las campanas, el SiO2 y el NaCl se pueden desechar al bote de basura.

Bibliografía:

• Chang, R. (2007). Química. Editorial Mc Graw Hill.

• Ciencias. Un enfoque práctico 8º. Licda. María de Socorro Navas-M.sc Marianela Valverde, Editora Géminis, S.A., Panamá. Tercera Edición. Año 2005

• Hein, Morris (2011) Fundamentos de Química 2.Guadalupe, Nuevo León. Editorial Cengage Learning Latinoamérica. (p.p. 160)