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Informe de experimentos en laboratorio de separación de fases en sistemas materiales mediante métodos físicos y químicos.
Whisky => destilación del alcohol
Arena, virutas de hierros, cloruro de sodio (sal de mesa) => Imantación, filtración...

Description

QUÍMICA GENERAL TRABAJO PRÁCTICO N°1 SISTEMAS MATERIALES

Profesores:

Araníbar, Liliana Buccolini, Jerónimo Agostinetti, Alberto

Alumnos:

Britos, Gonzalo Pastorín, Fernando Seco, Jesús

Curso:

1°RE Y (Miércoles 18:30-22:30) Abril, 2019

TP N°1 – Sistemas Materiales

QUÍMICA GENERAL

UTN Regional Haedo

Contenido Introducción .................................................................................................................................................. 2 1° Experimento: Imantación, Solubilizacion, filtración y cristalización. ........................................................ 2 2° Experimento: destilación. ......................................................................................................................... 4 3° Experimento: decantación. ....................................................................................................................... 6 Cuestionario de fundamentos teóricos ......................................................................................................... 8 Bibliografía..................................................................................................................................................... 9

INTRODUCCIÓN El objetivo de estas prácticas de laboratorio es, mediante diferentes métodos, separar sustancias de diferentes sistemas materiales pudiendo ser estos homogéneos o heterogéneos para lo cual utilizaremos métodos físicos como imantación, destilación, solubilización, filtración, cristalización y decantación.

1° EXPERIMENTO: IMANTACIÓN, SOLUBILIZACION, FILTRACIÓN Y CRISTALIZACIÓN. Material a emplear: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Cloruro de sodio (𝑁𝑎𝐶𝑙 , sal de cocina). Arena. Limaduras de hierro 1 Imán Agua de la canilla. Solución de Nitrato de Plata. 2 Vidrios de reloj. Embudo de vidrio. Vaso de precipitado. Papel de filtro con una granulanometría N° 40. Tubo de ensayo. Pinza para tubo de ensayo. Mechero.

Fundamentos: Nuevamente, nos encontramos ante una muestra de un sistema material heterogéneo de tres fases sólidas, cloruro de sodio, limaduras de hierro y arena. Lo primero que separamos fueron las limaduras de hierro con un imán envuelto en una pequeña bolsa (para poder separar fácilmente las limaduras de hierro del imán). Luego, quedando el cloruro de sodio y la arena, y no es posible la filtración debido a la poca diferencia en tamaño de grano, por lo cual optamos primero por la solubilización para separar el cloruro de sodio de la arena (el cloruro de sodio es soluble en agua), quedando una solución de Página 2 de 9

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dos fases: una fase sólida (arena) y una líquida (agua y cloruro de sodio). Para separar esta última, el cloruro de sodio del agua, utilizaremos el método cristalización que consiste en evaporar la fase líquida, en este caso el agua, evaporando la misma mediante aplicación de temperatura con un mechero haciendo que cambie de estado el agua y queden solamente los cristales de cloruro de sodio. Desarrollo del experimento: 1) En un vidrio de reloj colocamos arena, cloruro de sodio y limaduras de hierro. Luego procedemos a mezclarlas 2) Con el imán envuelto en una bolsita extraemos, por imantación, las limaduras de hierro, quedando de esta manera dos fases sólidas: limaduras de hierro por un lado y arena con cloruro de sodio por otro. La siguiente imagen es ilustrativa del procedimiento:

1 Imagen extraída del libro "Química" de Chang-Golbsby citado en la bibliografía

3) En una probeta volcamos la arena y cloruro de sodio con agua de la canilla. 4) Colocamos el filtro en el embudo de vidrio y lo humedecemos con agua para que se adhiera al mismo. Vaciamos la mezcla en el embudo y volcamos de a poco agua para solubilizar el cloruro de sodio. 5) Tomamos la solución de cloruro de sodio y agua que cayó en el vaso de precipitados (lo cual dejamos pasar el tiempo para hacerlo) y la volcamos en el tubo de ensayo. 6) Tomamos el tubo de ensayo con la pinza y lo calentamos con un mechero para, por el método de cristalización, separar el cloruro de sodio del agua.

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Imagen ilustrativa del experimento (a modo ilustrativo por que difiere de los elementos que utilizamos).

Análisis y conclusiones del experimento: Logramos comprender, de manera visual y conceptual, el procedimiento que realizamos. Si bien no logramos repetir los procedimientos para obtener mejores resultados (como verificar la existencia de cloruro de sodio con nitrato de plata, volver a solubilizar y filtrar, calentar el tiempo necesario para que se cristalice completamente el cloruro de sodio), comprendimos la necesidad de los mismos y la posible presencia de factores que alteren el experimento, a saber: ▪ ▪ ▪

Que los elementos del laboratorio no estén limpios para el experimento. Que la arena puede que no sea pura, que tenga otras sustancias. Que la sal de mesa (cloruro de sodio) pueda ser yodada por requerimientos legales.

2° EXPERIMENTO: DESTILACIÓN. Material a emplear: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

20 cm3 de whisky Balón de destilación con tubuladura lateral. Vaso de precipitado. 2 Probetas milimetradas. Pie universal. Termómetro de graduación mínima igual a 0,1°C.

Fundamentos: Nos encontramos ante una muestra homogénea de whisky de la cual, mediante el proceso de destilación, buscamos separar una de sus fases líquidas: el alcohol. El método de destilación consiste en elevar la temperatura de la solución en un balón de destilación a, en este caso, 78°C para hacer evaporar el alcohol, el cual es condensado mediante la circulación de un refrigerante

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(agua) en sentido contrario al de donde proviene el vapor de alcohol y va cayendo en el vaso de precipitado.

Desarrollo del experimento: 1) Volcamos whisky en la probeta milimetrada hasta llegar a 20 cm3. 2) Lo colocamos en el balón de destilación y encendemos el mechero, cubriéndolo con una lámina de aluminio para concentrar el calor debajo del balón. 3) Regulamos el mechero de manera que suba la temperatura lentamente. 4) Superando los 78°C (punto de ebullición del alcohol) y llegando, aproximadamente a los 81°C obtuvimos nuestra primera gota de alcohol caída en la segunda probeta milimetrada. Como se muestra en la siguiente imagen (a modo ilustrativo):

5) Aproximadamente 26 minutos después dejó de salir alcohol y obtuvimos 13ml del mismo. Análisis y conclusiones del experimento: Gráfico de análisis

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TABLA DE VALORES DEL GRAFICO: Temperatura

78° 84° 87° 90° 93°

Volumen 0 cm³ 5 cm³ 7 cm³ 10 cm³ 13 cm³

Tiempo 0 min 7’ 30’’ 13’ 34’’ 20’ 40’’ 26’ 53’’

Procedimos el experimento con una solución de 20cm3 de whisky. El balón de destilación con tubulador lateral estaba conectado a la canilla del agua fría del laboratorio en el sentido de contracorriente en cuanto a la salida hacia el vaso precipitado. Una vez alcanzados los 81°C (superior al punto de ebullición del alcohol) el alcohol comenzó a caer en el vaso de precipitados, previa condensación por el efecto refrigerante del agua circulando alrededor del tubo y condensando el vapor de alcohol. La muestra final obtenida fue de 13 ml, estimando de esta manera que la graduación alcohólica del whisky era del 65% (algo más de lo indicado en la etiqueta del mismo). Algunos de los factores que pudieron alterar los resultados del experimento pudieron ser los siguientes: ▪ ▪

Que en el proceso también se haya condensado agua. Por otro lado no llegamos a repetir el procedimiento para refinar más los resultados. Que el tubulador lateral tubular tuviera otras sustancias que hayan sido arrastradas por el alcohol.

3° EXPERIMENTO: DECANTACIÓN. Material a emplear: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Agua destilada. JP4 (Combustible). Probeta milimetrada Ampolla de decantación. Vaso de precipitado. Pie universal

Fundamentos Necesitamos separar, de una muestra heterogénea, dos fases líquidas: el agua y el JP4 (Combustible). Para lo cual usaremos el método de decantación que consiste en un método físico en el cual en una muestra heterogénea liquida se deja decantar la solución y la fase más densa queda debajo de la menos densa, quedando a simple vista las fases separadas. Desarrollo del experimento: 1) Volcamos JP4 en una probeta milimetrada hasta llegar a unos 30ml. 2) Volcamos agua destilada en la ampolla de decantación hasta llegar a unos 30ml. 3) Vertimos el JP4 de la probeta milimetrada en la ampolla de decantación y agitamos la mezcla. Página 6 de 9

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4) Dejamos reposar la solución y cuando visualizamos que están las dos fases separadas abrimos la llave y dejamos caer el agua en el vaso de precipitados (el agua es más densa que el JP4 por lo cual es la fase que queda debajo). Cómo en la siguiente imagen a modo ilustrativo:

5) Observamos los volúmenes obtenidos. Análisis y conclusiones del experimento: Dado que nos encontramos ante un sistema heterogéneo de dos fases sólidas con sustancias de distintas densidades optamos por el método de decantación. La muestra original tenía 30ml de JP4 y el resultado obtenido luego del procedimiento fue de 27ml de JP4, con lo cual el error relativo porcentual del experimento fue de 10% (aproximadamente) como lo muestra la siguiente tabla.

Sustancia Agua JP4

Muestra Original 30ml 30ml

Luego de la separación Sin datos 27ml

Error Absoluto 3ml

Error Relativo 0,3

Error relativo porcentual 10%

Los resultados obtenidos, teniendo en cuenta el error relativo, no fueron óptimos. Esto pudo deberse a diferentes causas, algunas de las cuales pueden ser: ▪ ▪ ▪

Que hayamos cerrado la llave de la ampolla de decantación a destiempo. Que no hayamos dado el suficiente tiempo al proceso de decantación. Errores de medición de las muestras originales, lo cual arrastraría el error.

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CUESTIONARIO DE FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1) ¿Cuál es la diferencia entre una sustancia pura y una mezcla? Una sustancia pura puede ser simple, es decir formadas por moléculas de un solo elemento, o compuesta, formada por moléculas de dos o más elementos diferentes. Esas sólo se pueden separar mediante métodos químicos (de ser posible), cómo electrólisis, descomposición, etc.. En cambio una mezcla está conformada por dos o más sustancias (puras o compuestas) y pueden ser separadas mediante métodos físicos como decantación, destilación, licuación, filtración, etc. El siguiente gráfico es ilustrativo de esta cuestión:

2) ¿Qué entiende por sistema heterogéneo? Un sistema material se considera heterogéneo cuando al menos dos porciones distintas del volumen del mismo difieren en las propiedades intensivas: densidad, peso específico, dureza, elasticidad, punto de ebullición, punto de fusión, conductividad eléctrica, color… En este sistema heterogéneo tomando cantidad diferente de materia cambia la densidad (𝛿𝑘𝑒𝑟𝑜𝑠𝑒𝑛𝑒 < 𝛿𝑎𝑔𝑢𝑎 )

𝛿𝑘𝑒𝑟𝑜𝑠𝑒𝑛𝑒

𝛿𝑎𝑔𝑢𝑎

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BIBLIOGRAFÍA Allier, R., & Castillo, S. (2011). Química General (1° ed.). Mc Graw Hill. Chang, R., & Goldsby, K. (2017). Química (12° ed.). Mc Graw Hill. UTN Regional Haedo. (2019). Apuntes de Cátedra.

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