INTRODUCCIÓN
La mayor
parte de la materia que nos rodea consiste en mezclas. Así, por ejemplo, la
atmósfera, la hidrosfera y la porción exterior de la litosfera son mezclas de
los recursos naturales para todas las actividades humanas. Usamos el oxígeno de
la atmósfera, el agua de la hidrosfera y petróleo y minerales de la litosfera.
Sólo una pequeñísima parte de la materia terrestre se presenta en forma de sustancias
elementales: los gases nobles, oro, plata, mercurio, antimonio, así como el
carbono en diferentes formas.
Para
satisfacer sus necesidades, la moderna sociedad civilizada ha desarrollado
múltiples procesos industriales por los que se extraen metales de los minerales,
se fabrican medicamentos, colorantes, detergentes, fertilizantes, combustibles,
explosivos, caucho sintético, textiles, plásticos ... En la actualidad, la gran
mayoría de los productos se pueden obtener mediante síntesis, aunque en la
industria se prefiere, en ciertos casos, recurrir a procedimientos de
extracción para sustancias como azúcar, caucho, celulosa, almidón, etcétera.
Algunas
síntesis, como las del alcohol metílico y el ácido acético, pueden competir
desde el punto de vista económico con los procesos de extracción correspondientes.
Los métodos
de separación de las mezclas son diferentes y dependen de las propiedades de
las sustancias que las componen. Los métodos más difundidos son: decantación,
filtración, destilación, sublimación, cromatografía, extracción y
cristalización.
Decantación
Es el
procedimiento que se utiliza para separar una sustancia sólida mezclada con una
líquida. Primero se deja reposar la mezcla hasta que las partículas de la
sustancia sólida se depositan en el fondo del recipiente y después se escurre
la sustancia líquida inclinando lentamente el recipiente sin agitar su contenido,
como se observa en la figura.
Filtración
Es el
proceso que se utiliza para separar mezclas por medio de un embudo y papel
filtro. Una vez que se coloca el papel filtro en el embudo se vierte en éste la
mezcla; el líquido atraviesa el papel filtro mientras que el sólido permanece
en él. El primero se llama filtrado y el segundo, residuo, precipitado o,
simplemente, parte sólida.
Un papel
filtro tiene orificios finos que permiten que algunas partículas lo atraviesen,
mientras que otras quedan retenidas, según su tamaño.
El papel
filtro se dobla como se ilustra en la figura. El cono que se obtiene se coloca
en el embudo de vidrio, de tal manera que se adhiera con toda su superficie a
la pared del mismo. El filtro colocado en el embudo debe quedar a unos 5 o 10
milímetros por debajo de sus bordes.
El embudo
con el filtro se introduce en el cuello de un matraz o en el anillo del soporte
universal. En el último caso, se pone bajo el extremo del embudo un vaso o un
tubo de ensayo.
Para filtrar
la mezcla, con la mano izquierda se sujeta la varilla de vidrio en posición
vertical, mientras con la derecha se toma el vaso (que contiene la mezcla) con
el pico hacia la izquierda. El extremo de la varilla se introduce en el embudo
de modo que quede por debajo del borde del filtro, pero sin tocarlo, e,
inclinando cuidadosamente el vaso un poco hacia la varilla, se toca ésta con el
pico del vaso. Después se inclina el vaso hasta que el líquido se vierta por la
varilla (fig. 3). Hay que verter al embudo una cantidad de líquido tal que no
rebase los bordes del papel filtro, de lo contrario, el líquido puede colarse
entre el filtro y las paredes del embudo. Al terminar la operación se enjuaga
el vaso con líquido utilizando el frasco lavador (fig. 4).
Destilación
Un líquido
se evapora cuando se calienta en un recipiente abierto y los vapores se
difunden en la atmósfera. Cuando estos vapores pasan nuevamente al estado
líquido por enfriamiento, se dice que se condensan. Por destilación se entiende
el proceso que consiste en calentar líquidos y obtener vapores que se recogen
en algún recipiente para que se condensen nuevamente.
La
destilación es un procedimiento de separación de mezclas que se basa en los
diferentes puntos de ebullición de sus componentes. Primero se evapora el
componente de menor punto de ebullición y luego continúa en orden ascendente.
Este procedimiento lo emplean los fabricantes de whisky utilizando alambiques;
también las grandes plantas petroquímicas lo usan para separar los componentes
del petróleo en fracciones bien conocidas por todos, como la gasolina, el
queroseno o los aceites lubricantes.
Destilación
simple
La operación
se efectúa a la presión ambiente y la mezcla sufre únicamente una evaporación y
una condensación. El aparato utilizado para la destilación simple está
representado en la siguiente figura.
La mezcla se
introduce en el matraz de destilación mediante un embudo de tallo largo. Se
utilizan matraces de fondo redondo y sólo deben llenarse a la mitad o dos
terceras partes de su capacidad. Para evitar sobresaltos durante la destilación
se agregan, antes de calentar, unos cuantos cuerpos de ebullición (pedacitos de
porcelana porosa). Se calienta la mezcla hasta que hierva. El componente con el
punto de ebullición más bajo se evapora, y el termómetro marca una lectura
constante, correspondiente al punto de ebullición de dicho componente. El vapor
pasa a un condensador (tubo refrigerante) enfriado por agua y sale como líquido
puro, separado de los demás componentes de la mezcla.
Para
controlar la temperatura durante la destilación, se emplea el baño María, que
contendrá agua en caso de que el punto de ebullición del líquido que se va a
destilar sea menor de 80 °C, y aceite mineral o glicerina si dicho punto se
encuentra entre 80 y 180 °C. Cuando se trata de líquidos inflamables se debe
emplear como medio de calefacción una canastilla eléctrica.
Sublimación
Otro método
de separación de mezclas constituidas por componentes sólidos es la
sublimación. Algunas sustancias sólidas se evaporan si se mantienen en un
recipiente abierto. El hielo seco (CO2 sólido) y la naftalina son
dos ejemplos. Estas sustancias sufren el cambio directo del estado sólido al
gaseoso sin pasar por el estado líquido, fenómeno conocido como sublimación. Al
calentar una mezcla que contenga una sustancia sublimable, ésta pasa de sólido
a vapor sin pasar por el estado líquido.
Cromatografía
La
cromatografía es un procedimiento físico dinámico en el cual las sustancias que
componen una mezcla son separadas debido a sus diferentes afinidades con dos
sustancias a las que se denomina fases, una es fija o estacionaria y la otra móvil.
La primera puede ser un sólido o un líquido; la segunda, un gas o un líquido.
Según el
mecanismo de separación se distinguen, principalmente, dos tipos de
cromatografía: por adsorción y por partición:
La
cromatografía por adsorción se basa en la capacidad selectiva de adsorción de
los componentes individuales de la mezcla por los correspondientes adsorbentes.
Este método consiste en hacer pasar la mezcla que se desea separar a través de
un tubo de vidrio lleno de adsorbente sólido. Este tubo de vidrio se denomina
columna de adsorción.
La
cromatografía por partición se basa en la diferencia entre los coeficientes de
partición de los componentes individuales de la mezcla en dos líquidos inmiscibles.
U no de los líquidos (estacionario) está distribuido en una sustancia porosa
(portador), y el segundo (móvil) representa un disolvente inmiscible con el
primero. Este disolvente se deja pasar a baja velocidad a través de la columna.
En lugar de
la columna, se pueden emplear tiras u hojas de papel filtro como portador para
el disolvente fijo. Se aplica en el extremo de la tira de papel una gota de la
disolución que se desea separar, y este extremo se sumerge en un disolvente
dentro de un recipiente cerrado (vaso, frasco). El disolvente se mueve a través
del papel mojándolo, y cada sustancia de las que se encuentran en la mezcla
sigue, con su velocidad propia, la misma dirección que el disolvente. Este tipo
de cromatografía por partición se denomina cromatografía sobre papel.
OBJETIVO.-Aplicar
diferentes métodos de separación de mezclas para obtener sustancias puras.
MATERIAL
- 6 Tubos De Ensayo
- 2 Vasos De Precipitados De 100 Ml
- Colador
- Embudo
- Equipo Para Destilación Simple
- Gradilla
- Papel Filtro
- Pinza Para Tubo De Ensayo
- Pipetas
- Rallador
REACTIVOS
- Ácido Acético Al 25%
- Leche Descremada
- Papa
- Tepache
- Solución De Cloruro De Sodio (N Aci) Al 30%
- Yodo
DESARROLLO
Experimento
1. Obtención de alcohol a partir de tepache
Arma el
aparato de destilación, como se muestra en la figura 5, y deposita 100 ml de
tepache en el frasco de destilación. Abre la llave para que circule el agua y
después prende el mechero. Calienta con
llama moderada.
Cuando
obtengas un poco de destilado, apaga el mechero y cierra la llave del agua.
Agrega unos granitos de yodo al destilado obtenido. Anota tus observaciones y
conclusión sobre el tipo de sustancia que separaste del tepache.
Observaciones:
Conclusiones:
Experimento
2. Separación de la caseína de la leche
La leche es
una mezcla de agua, grasas, proteínas, azúcares, minerales y otras sustancias
que se encuentran en menor proporción. La caseína es la principal proteína de
la leche (hasta 85% de las proteínas totales) y precipita cuando aumenta la
acidez de la leche. En esta propiedad se basa la siguiente separación.
Procedimiento
Vierte 25 ml
de leche descremada en un vaso de precipitados, agrega 2 ml de ácido acético al
25% y deja reposar unos segundos. En caso de que no se observe una clara
separación de la caseína, agrega 1 ml más de ácido acético.
Filtra el
contenido del vaso y recibe el suero de la leche en otro vaso de precipitados.
Observa cuidadosamente el suero y la caseína y describe la apariencia física de
ambos.
Suero:
Caseína:
Experimento
3. Obtención de almidón de la papa
El almidón
es un polisacárido (carbohidrato) que se encuentra en mayor proporción en la
papa, la cebada, la yuca, el trigo, el maíz y el arroz. Es un polvo blanco
insoluble en agua y alcohol, y forma soluciones coloidal es en agua caliente.
Reacciona con el yodo formando yoduro de almidón de color azul.
Procedimiento
Ralla una
papa mediana y luego remójala en 150 ml de agua. Agita durante un minuto.
Separa las partículas grandes de la papa utilizando un colador o tamiz. Deja
reposar el filtrado hasta que observes un sedimento blanco. Por decantación,
separa el agua del almidón que ha quedado en el fondo del recipiente. Toma una
pequeña cantidad del almidón obtenido y frótalo suavemente entre las yemas de
tus dedos. Vierte en un tubo de ensayo unos mililitros del filtrado y calienta
con llama moderada.
Observaciones:
Experimento
4. Separación del cloruro de sodio
La sal de
mesa se extrae por diversos procedimientos; uno de ellos consiste en inundar-
extensiones costeras que se transforman en lagunas cerradas de poca profundidad
y gran superficie de evaporación: se deja que la energía solar evapore el agua
por completo y la separe así de la sal.
En México,
la extracción de la sal constituye una importante industria. Las principales
regiones salineras son: Guerrero Negro y Ojo de Liebre, en Baja California; San
Fernando Soto la Marina, en Tamaulipas; Real de Santiago, en Campeche;
Celestún, Sisal y Riolagartos, en Yucatán; Salina Cruz y Juchitán, en Oaxaca.
Procedimiento
En la mesa
tienes una mezcla de sal de mesa (NaCl) y agua. Presenta al maestro una
propuesta de cómo separar la mezcla, y llévala a cabo si el maestro la aprueba.
Describe tu experimento y tus observaciones.
Experimento:
Observaciones:
Experimento
5. Separación de los colorantes de la tinta negra
Vierte en
pequeños tubos de ensayo separados 0.5 ml de las siguientes sustancias: benceno
(C6H6), alcohol etílico (C2H50H), tetracloruro de carbono (CCI4) y una mezcla
1: 1 de acetona (CH3COCH3) y alcohol etílico.
Corta cinco
tiras de papel filtro de 1 cm de ancho y de largo igual a la longitud de los
tubos de ensayo. Marca cada tira con una pequeña mancha de tinta negra a 1 cm
de uno de sus extremos y colócala dentro de un tubo de ensayo de manera que el
extremo con la mancha de tinta esté apenas sumergido en el líquido. Si es
necesario sujétala con un clip a la boca del tubo de ensayo. Observa qué sucede
con el disolvente y con la mancha de tinta. ¿Cuál de los disolventes separó más
colores?
Observaciones:
¿Qué
solventes utilizarías para hacer la cromatografía en papel de los colorantes de
los plumones de agua?
Conclusión:
ACTIVIDADES
COMPLEMENTARIAS
- Busca información sobre el uso de la caseína en la producción de plásticos.
- Investiga el proceso de obtención del azúcar de caña y señala los pasos que sean procedimientos de separación de mezclas.
- Investiga el proceso de destilación fraccionada de petróleo. Elabora cinco preguntas relacionadas con el desarrollo del proceso, y contéstalas.
