SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA

RESUMEN

El siguiente informe tiene como objetivo mostrar los resultados obtenidos en el Laboratorio de Química de la Universidad del Atlántico, en el cual fueron aplicados 4 de las más importantes Técnicas de separación de los componentes de una mezcla: La Filtración, la Decantación, la Centrifugación y la Destilación. En la experiencia de laboratorio se pudo corroborar que gran parte de los esfuerzos de los químicos se centra en el estudio de sustancias que constituyen mezclas simples y complejas. Otro punto fundamental tratado fue la importancia de estas técnicas de separación de los componentes de las mezclas en el sector industrial, por lo cual es necesario realizarlos teniendo en cuenta consideraciones pertinentes para una separación efectiva de las sustancias.

INTRODUCCIÓN

Gran parte de los esfuerzos de los químicos se centra en el estudio de las sustancias que constituyen mezclas complejas. Todas las técnicas de separación dirigidas a purificar o separar sustancias se basan en un único principio: Dos sustancias se podrán separar cuando tengan alguna propiedad distinta [1]. Es evidente que cuando dos sustancias se diferencien en algo, podrá idearse algún proceso que aproveche esta diferencia para llevar a cabo la separación.

Básicamente, las técnicas de separación de mezclas se clasifican de acuerdo con el tipo de propiedad en que se basa la separación: la volatilidad (Destilación); la solubilidad (Decantación y Filtración); la permeabilidad (Filtración); y la viscosidad (Centrifugación) [2]. Teniendo en cuenta estos aspectos y los conceptos generales a tener en cuenta para realizar estos procesos, se podrá decir que Independiente del tipo de mezcla, los componentes de la misma, pueden ser separados con cierta facilidad a través de las técnicas de laboratorio, sin que cambien las propiedades físicas y químicas que estos tienen.

EXPERIMENTACIÓN

El proceso de separación de los componentes de las mezclas, fue necesario efectuarlo usando 4 de las más importantes técnicas para separar la materia: la Filtración, la Decantación, la Centrifugación y la Destilación. A continuación se encuentran divididos y explicados cada uno de los 4 procesos:

1. Filtración:

En este proceso primeramente fue pulverizado un trozo de tiza de tablero, con la ayuda de un mortero. El segundo paso consistió en realizar un proceso similar al primero, con la diferencia de que esta vez, fue pulverizada una pequeña porción de sal de cocina, usando otro mortero. Posteriormente se procedió a examinar con ayuda de una lupa las dos sustancias y a anotar lo observado. El siguiente paso a seguir consistió en juntar las dos sustancias pulverizadas (tiza y sal), mezclarlas en un mortero hasta que se lograra una apariencia uniforme, para luego observar la mezcla con ayuda de una lupa, y anotar los resultados observados.

Posteriormente la mezcla fue agregada y agitada en un beaker con 25 mL de agua, para luego iniciar el proceso de Filtración, usando un soporte universal con aro metálico; un beaker para recibir el líquido; un embudo y papel filtro. En este paso fue vaciada la mezcla del polvo de tiza, sal y agua en el papel filtro contenido por un embudo, permitiendo el paso del líquido y la sal, y reteniendo los residuos sólidos de la Tiza de tablero. Finalmente fue retirado del embudo el papel filtro con los residuos de la mezcla y fue ubicado en un Vidrio de reloj para que los residuos se secaran a ambiente.

2. Decantación:

Para realizar el proceso de decantación fue necesario usar un embudo de separación, un beaker, agua y aceite de cocina. Primeramente se procedió a medir en un beaker 50 mL de agua, los cuales fueron agregados en un embudo de separación. Luego fue repetida la operación con 25 mL de aceite de cocina. Teniendo la mezcla de agua y aceite en el embudo de separación, se procedió a agitarla con mucho cuidado, y se dejó reposando la mezcla durante 5 minutos. Finalmente fue realizada la separación de la mezcla,

desalojándola en un beaker, obteniendo en este los 50 mL de agua y en el embudo de separación los 25 mL de aceite, cantidades usadas desde el inicio del proceso.

3. Centrifugación:

Para realizar este proceso fue necesario usar 4 tubos de ensayo. En dos de los tubos fueron agregados 5 mL de jugo Hit sabor a mora, cada uno; en el tercer tubo de ensayo, 5 mL de jugo Hit sabor a pera; y 5 mL de agua en el último tubo de ensayo. El paso a seguir fue colocar los 4 tubos sin agitar en el equipo de Centrifugación y esperar 10 minutos para que fuera realizado el proceso de Centrifugación adecuadamente. Finalmente se procedió a sacar del equipo los tubos de ensayo y anotar lo observado.

4. Destilación:

Para efectuar el proceso de destilación, fue necesario realizar inicialmente el montaje correspondiente de los equipos a usar: un mechero de bunsen, un aro metálico, dos soportes universales, una tela de alambre, dos pinzas para balón, un Erlenmeyer, dos trozos de manguera, un condensador, un tapón de caucho y una pieza acodada de salida de destilación.

En segundo lugar se procedió a agregar 150 mL de jugo Hit, en un matraz de destilación con desprendimiento lateral de 250 mL. El siguiente paso a seguir consistió en añadir 3 trozos de piedra pómez, con el fin de generar una ebullición uniforme en el calentamiento. Luego se procedió a tapar el matraz de destilación con un tapón de caucho; fue conectado en la abertura lateral del matraz de destilación un condensador, y en la abertura superior, fue introducido un termómetro. Posteriormente se procedió a abrir la llave de agua que entraba al condensador y se inició el proceso de calentamiento a “fuego lento” con un mechero. Partiendo de este proceso, se procedió a observar el aumento de la temperatura en el proceso cada minuto, hasta haber obtenido 20 mL de la destilación. Finalmente se procedió a suspender el calentamiento y anotar lo observado.

RESULTADOS

Los procesos en los cuales fueron aplicadas las 4 técnicas de separación de mezclas, fueron efectuados satisfactoriamente, obteniendo los resultados esperados, y además adecuados para el éxito de la práctica de laboratorio. A continuación se encuentran divididos y explicados cada uno de los resultados obtenidos en cada proceso realizado:

1. Filtración:

En la tabla # 1 se muestran las características de cada sustancia, antes y después de ser sometidas a un cambio físico:

Tabla # 1:

SUSTANCIA

CARACTERÍSTICAS OBSERVADAS ANTES

DE TRITURARCARACTERÍSTICAS

OBSERVADASDESPUÉS DE TRITURAR

Tiza de tableroEstructura compacta; Gránulos unidos

Sustancia deformable; se observó una sustancia uniforme; la sustancia se pulverizó completamente.

Sal de cocinaGránulos de mediano tamaño

Gránulos más finos: La sustancia se pulverizó completamente.

Después de mezclar las dos sustancias pulverizadas (Tiza de tablero y Sal de cocina), se observó una mezcla homogénea.

Después de dejar secar el sólido suspendido en el papel filtro durante 30 minutos, se efectuó la comparación entre las características de la mezcla de la tiza, la sal y el agua, antes y después de filtrar. Las comparaciones y sus resultados se encuentran expuestos en la Tabla # 2:

Tabla # 2:

SUSTANCIA

CARACTERÍSTICAS ANTES DE SUMINISTRAR AGUA Y ANTES DE

FILTRARCARACTERÍSTICAS

DESPUÉS DE FILTRAR

Mezcla de Tiza de tablero y sal

de cocina.

Estructura compacta; mezcla pulverizada; se observó una mezcla homogénea.

Sustancia de consistencia pastosa y

húmeda; se observó una mezcla homogénea.

Los residuos que quedaron en el papel filtro son los de la mezcla realizada de tiza de tablero y sal de cocina, mientras que el agua quedó depositada en el beaker

2. Decantación:

Después de tener la mezcla de los 50 mL de agua y 25 mL de aceite de cocina y dejarla reposar durante 5 minutos, fue observada la formación de pequeñas burbujas que ascendían en forma de remolino durante un tiempo corto, posteriormente se posicionó una pequeña capa de agua sobre el aceite, la cual fue descendiendo lentamente en forma de burbujas, con un tamaño mayor a las primeras en aparecer, dejando así notar la diferencia entre la densidad del Agua y el Aceite: 1 g/mL y 0,9 g/mL, respectivamente.

Partiendo de esto, se pudo deducir que se logró de manera exitosa la separación de la mezcla, obteniendo en el beaker los 50 mL de agua y los 25 mL de aceite en el embudo de decantación, cantidades depositadas desde el inicio del proceso.

3. Centrifugación:

En la siguiente tabla (Tabla # 3), se presentan los resultados obtenidos en el proceso de centrifugación:

Tabla # 3:

SUSTANCIAN° DE FASES

COLOR OBSERVACIONES

Jugo de Pera

(5 mL)2 Amarillo

La fase superior presentó un tono más claro que la fase inferior, la cual presentó un tono Amarillo oscuro y pequeños coágulos.

Jugo de Mora 1(5 mL)

2 Rojo

La fase superior presentó un tono más claro que la fase inferior, la cual presentó un tono rojo oscuro y pequeños coágulos.

Jugo de mora 2(5 mL) 2 Rojo

La fase superior presentó un tono más claro que la fase inferior, la cual presentó un tono rojo oscuro y pequeños coágulos.

Agua (5 mL)1 Incoloro

No registró ningún cambio

4. Destilación:

A continuación, en la Tabla # 4 se muestra el cambio que presentó la temperatura en función del tiempo de destilación:

Tabla # 4:

TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C)6 408 50

10 6015 8017 100

En la tabla se puede observar que la Temperatura iba en aumento a medida que pasaba el tiempo. Se efectuó una endotérmica, logrando así separar el agua, de los demás componentes de la mezcla homogénea que conformaba el refresco.

DISCUSIÓN

Un estudiante de Ingeniería se hace las siguientes preguntas:

1. ¿Cuáles son las propiedades que poseen el cloruro de sodio y el polvo de tiza que hacen posible su separación por filtración luego de mezclarlos con agua?

R/ El Carbonato de calcio (Tiza), es totalmente insoluble, mientras que el Cloruro de Sodio es soluble en agua. Si se añade agua a la mezcla de las dos sustancias, el Cloruro de sodio se disolverá. Luego, al pasar la mezcla, es posible que se efectúe la Filtración, debido a que la solubilidad del Cloruro de sodio en agua permite su paso por el medio poroso, y quede contenido en el recipiente de sostén, mientras que el Carbonato de Calcio queda suspendido en el medio poroso.

2. ¿Podría recuperar cristales de azúcar de una solución empleando el proceso de filtración? Explique su respuesta.

R/ No es posible efectuar el proceso de filtración para recuperar cristales de azúcar, puesto que la mezcla formada por el agua y el azúcar es homogénea, es decir, se cumple que el azúcar es soluble en agua, por lo cual, se dificulta que queden suspendidos residuos del azúcar en el medio poroso de filtración.

3. Si filtro un refresco o una gaseosa, ¿será efectiva la separación de sus componentes (agua, azúcar, colorantes, sabor, etc.)? ¿Qué clase de mezcla es dicha bebida?

R/ No es efectiva la separación de los componentes de la gaseosa o el refresco usando la técnica de la filtración, debido a que el proceso consiste

en separar un SÓLIDO no soluble o poco soluble de un líquido, y en el caso de la gaseosa o refresco, no encontramos componentes sólidos que pudieran quedar suspendidos en un medio poroso; y además, se puede observar que estas bebidas son mezclas homogéneas, es decir, con componentes solubles entre sí y presentan una sola fase.

4. Finalmente, con los valores obtenidos en el proceso de destilación, construya un gráfico de Temperatura vs Tiempo y analice su forma.

R/ La Tabla # 4 (Ya ilustrada anteriormente) y el Gráfico 1 ilustran el aumento de la temperatura a medida que aumenta el tiempo de calentamiento. Se observa además, que cuando la temperatura llega a los 80 °C en un tiempo de 15 min, la línea deja de llevar la trayectoria rectilínea que llevaba y asciende hasta llegar a los 100 °C:

Gráfico # 1:

4 6 8 10 12 14 16 180

20

40

60

80

100

120

Variación de la Temperatura en función del Tiempo

Tiempo (min)

Tem

pera

tura

(°C)

Tabla # 4:

TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C)6 408 50

10 6015 8017 100

5. Nombre 5 procesos industriales en los cuales se utiliza la destilación.

R/ La destilación se ha convertido en uno de los procesos más importantes, utilizados en la Industria. Entre los procesos Industriales en los cuales es usada la destilación, encontramos:

Destilación de bebidas alcohólicas: Debido a que el alcohol tiene el punto de ebullición de 78,3 °C (menor al del agua), se evapora primero, lográndose separar de la mezcla. Luego los dos fluidos (alcohol y agua) son juntados nuevamente y re condensados en un líquido de mayor fuerza alcohólica y de esta forma darle un sabor agradable al paladar.

Destilación del petróleo: El fin de esta columna de destilación es separar los diferentes componentes del petróleo, dependiendo de su

volatilidad; de esta forma, los hidrocarburos relativamente ligeros, serán los gases licuados del petróleo.

Destilación de la Hulla: Cuando la Hulla se destila “en seco”, con el objetivo de fabricar gas de alumbrado, se tiene un residuo sólido fijo: El coque y un líquido viscoso de aspecto desagradable, llamado alquitrán de Hulla.

Destilación del agua: En algunas industrias se requiere destilar el agua para, de esta manera, sustraer las impurezas y purificarla.

Destilación de la madera: También conocida como pirolisis, consiste en calentar la madera en un recipiente cerrado y recoger los gases y líquidos. Los gases que no logran condensarse, pueden usarse como combustibles gaseosos.

6. ¿Qué tipo de reacciones químicas se presentaron durante los procesos de la destilación y centrifugación llevados a cabo en el laboratorio de Química General?

R/ En los procesos de destilación y centrifugación se llevaron a cabo reacciones de descomposición, puesto que se logró separar el agua de los demás componentes del jugo Hit, debido a que presenta un punto de ebullición inferior al de los demás componentes. De igual forma notamos que se presentaron reacciones endotérmicas partiendo de una reacción exotérmica (se sometió a calentamiento con ayuda de un mechero). Las perlas de vidrio sirvieron de catalizador para efectuar la reacción en menor tiempo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]. CÍRCULO DE LECTORES (2002). “Métodos de separación y purificación”. MILLENIUM, Enciclopedia Temática Círculo: Matemáticas, Física y Química. 320, 244- 245.

[2]. QUÍMICA LIBRE. (30 Jul. 2009). “Métodos de separación de Mezclas” [en línea]. http://quimicalibre.com/metodos-de-separacion-de-mezclas/