PRÁCTICA # 3. TÉCNICAS DE LABORATORIO PDF

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Distinguir entre elementos, compuestos y mezclas de acuerdo a sus propiedades, utilizando diferentes métodos de separación, con sustancias de uso cotidiano....

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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? Elemento: la sustancia que no puede ser descompuesta en otra más simple mediante una reacción química. El término hace referencia, por otra parte, a la clase de átomos que presenta el mismo número de protones en su núcleo. Compuesto: sustancia creada a partir de la conjunción de, al menos, un par de elementos que forman parte de la tabla periódica, siempre en una razón invariable. Las mezclas: están formadas por varias sustancias que no mantienen interacciones químicas. Las propiedades de los diversos componentes pueden incluso ser distintas entre sí. Es habitual que cada uno de ellos se encuentre aislado a través de algún método mecánico.

¿Cuáles son los métodos de separación de mezclas? Decantación, Filtración, Imantación, Extracción, Tamización, Evaporización o cristalización, Destilación, Cromatografía y Centrifugación ¿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. 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. 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

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? La densidad se define como el cuociente 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). 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.

¿Cómo se puede medir indirectamente la densidad de cuerpos irregulares? Si el sólido es irregular, no puedes determinar su volumen utilizando fórmulas geométricas. En ese caso, se utiliza el método de inmersión, que aplicarás en la simulación siguiente: se añade agua a una probeta, se lee el nivel del líquido y se añade el sólido irregular, volviendo a leer el nivel alcanzado. La diferencia de valores es el volumen del cuerpo sumergido. Naturalmente, si no dispones mas que de probetas este método solamente es útil para objetos pequeños. Investiga la densidad del Fierro, cobre, zinc, aluminio, latón, plomo, cuarzo y madera. Fierro: 7,86 g/ml Cobre: 8,96 g/ml Zinc: 7,13 g/ml Aluminio: 2,70 g/ml Latón: 8,4 g/ml y 8,7 g/ml Plomo: 11,4 g/ml Cuarzo: 2,65 g/ml Madera: 500 y los 800 kg/m³ ¿En qué consiste la destilación simple? Es donde los vapores producidos son inmediatamente canalizados hacia un condensador, el cual lo refresca y condensa de modo que el destilado no resulta puro. Su composición será idéntica a la composición de los vapores a la presión y temperatura dados.

Con base a las preguntas anteriores, redacta lo siguiente:



OBJETIVO 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 TEÓRICO 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. Procedimientos de seguridad Antes 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 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? 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.

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.

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. 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.

CANT. 1 1 1 1

DESRIPCIÓN DEL MATERIAL Anillo metálico Balanza Cubos metálicos y madera Espátula Equipo de destilación

1 1 1 1

Matraz Erlenmeyer 250ML Mechero Probeta de 10 mL Probeta de 100 mL Papel filtro 1 Soporte Universal 1 Tela/Malla de alambre con asbesto 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.

REACTIVOS Agua destilada Alcohol Cloruro de sodio