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Separación de Mezclas III

Separaciones de Mezclas.

La electrolisis

La electrolisis reacción de Redox no espontánea, se produce mediante el pasaje de una corriente eléctrica.

Es un proceso inverso al de la pila eléctrica  esto se lleva a cabo en un contenedor llamado cuba electrolítica.

Siempre en textos se pone como un ejemplo realmente simple el de la electrolisis del agua, cuando la corriente pasa descompone a este liquido en sus elementos constituyentes, hidrógeno y oxígeno.

Veamos en que consiste e proceso electrolítico.

Tanto se disuelve como se funde el electro-lito en determinados disolventes, esto se produce con el fin que dicha sustancia pueda ser separada en iones (ionización).

Se aplica una corriente eléctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en la disolución.

El electrodo conectado al polo negativo se conoce como cátodo, y el conectado al positivo como ánodo.

Cada electrodo mantiene atraidos a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o cationes, son atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se desplazan hacia el ánodo.

La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.

En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones, produciéndose nuevas sustancias.

Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (-).

En definitiva lo que ha ocurrido es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica ha sido la encargada de aportar la energía necesaria.

Es importante tomar en consideración estos dos puntos.

1- Nunca debe juntar los electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a hacer su proceso y la batería se va a sobrecalentar y se quemará

2 – Debe utilizar siempre corriente continua (energía de baterias) NO corriente alterna (energía de enchufe).

Es uno de los principales métodos químicos de separación. La principal ventaja del método electrolítico es que no es necesario aumentar la temperatura para que la reacción tenga lugar, evitándose pérdidas energéticas y reacciones secundarias.

Industrialmente es uno de los procesos más empleados en diferentes áreas, como la obtención de elementos a partir de compuestos (cloro, hidrógeno, oxígeno), la purificación de metales ( el mineral metálico se disuelve en ácido, obteniéndose por electrolisis el metal puro) o la realización de recubrimiento metálicos protectores y/o embellecedores (niquelado, cromado, etc.).

Gravimetrías.

Por gravimetría se entiende la separación de un componente de una disolución liquida mediante su precipitación a través de una reacción química.

La sustancia que se desea obtener reacciona con otra sustancia química, de forma que el resultado de la reacción es un producto sólido que precipita por gravedad en el fondo de la disolución y puede ser separado de ella por métodos físicos.

Ejemplo:

En separación de la plata de una disolución de nitrato de plata, se somete esta sustancia a reacción con ácido clorhídrico, obteniendo un precipitado blanco de cloruro plata insoluble.

Métodos de separación físicas: no destruyen las sustancias originales.

Métodos Físicos de Separación.

Los métodos utilizados para la separación de mezclas y de disoluciones utilizan como base las propiedades físicas y químicas de los componentes de estas.

A diferencia de éstos, en los métodos químicos si se destruyen las sustancias, son las siguientes.

Cristalización.

Este método se utiliza para separar una mezcla de sólidos que sean solubles en el mismo disolvente pero con curvas de solubilidad diferentes.

Una vez que la mezcla esté disuelta, puede calentarse para evaporar parte de disolvente y así comcentrar la disolución.

Para el compuesto menos soluble la disolución llegará a la saturación debido a la eliminación de partes de disolvente y precipitará.

Todo esto puede irse precediendo sucesivamente e ir disolviendo de nuevo los distintos precipitados (esto recibiría el nombre de cristalización fraccionada) obtenidos para irlos purificando hasta conseguir separar totalmente de dos sólidos.

Cada nueva cristalización tiene un rendimiento menor, pero con este método puede alcanzarse el grado de pureza que se desee.

Normalmente, cuando se quieren separar impurezas de un material, como su concentración es baja la única sustancia que llega a saturación es la deseada y el precipitado es prácticamente puro.

La cristalización es el proceso inverso de la disolución.

Filtración.

En la filtración, se hace pasar la mezcla por filtros de distintos tamaños, en los que quedan retenidas las partículas de mayor tamaño que los poros del filtro.

Es un método sencillo y barato, sólo es útil en algunas situaciones.

Es uno de los métodos más simples de separación física, que no altera las propiedades de las sustancias que intervienen.

Destilación.

La destilación y la destilación fraccionada es el método utilizado cuando se quieren separar dos líquidos  y uno de ellos es más volátil que el otro.

Es también útil cuando ambos líquidos tengan temperaturas de ebullición parecida. Cuando calentamos las mezcla e vapor que aparece está compuesto en mayor porcentaje por el líquido más volátil.

Se recoge el vapor y se enfría, obteniéndose un líquido de concentración distinta al original.

La mezcla inicial ha cambiado también de composición y por tanto también de punto de ebullición.

La destilación fraccionada se utiliza cuando combinamos distintas destilaciones, y con esto puede conseguirse que sólo quede liquido menos volátil y evaporar completamente (y volver a condensar) el más volátil.

Cromatografía.

La cromatografía se utiliza con los fluidos, que pueden ser gases o líquidos, se empuja a circular la mezcla por un sólido o un líquido que permanece estacionario (fase estacionaria).

Los distintos componentes de la mezcla circulan a velocidades diferentes por la fase estacionaria, y por lo tanto unos componentes están más tiempo retenidos de ella que otros, emergiendo después. Sirve como método físico de separación.

La fase estacionaria puede ser tipicamente un sólido poroso como la celulosa, o como el gel.

Las moléculas de menor tamaño pueden cruzar todos los poros e invierten más tiempo en el recorrido mientras que las moléculas mayores de la mezcla no “pierden tiempo” en los poros, emergiendo más rápidamente.

Centrifugación.

Se habla de centrifugación cuando tenemos partículas de distinto tamaño en un medio acuoso, éstas sedimentan hacia el fondo a una velocidad que depende de su peso.

Este efecto podría utilizarse para separar componentes de distinto peso, si no fuera porque las velocidades de sedimentación son pequeñísimas, por lo que el sistema no es útil.

Así, pues lo que se hace es aumentar dichas velocidades de sedimentación haciendo girar muy rápidamente la mezcla. En este caso, la fuerza centrifuga hace el papel de la gravedad (peso) y puede ser mucho mayor que éste haciendo girar muy rápido la mezcla: este es el principio de la centrifugacion y de la ultracentrifugación.

Se coloca la mezcla en un aparato que la haga girar a velocidad angular constante muy elevada.

Una vez está girando, la mezcla experimenta una aceleración centripeda que puede llegar a ser, en ultracentrifugadoras de laboratorio, unas 5.000.000 veces la aceleración de la gravedad.

Esta fuerza empuja a sedimentar, a distinta velocidad, a las partículas de distinta masa de la mezcla, creándose distintos estratos con las partículas de cada clase.

Este método es muy utilizado en biología y medicina.

Separación de Mezclas: Parte A, Parte I, Parte II, Parte III

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Decantación

LA DECANTACIÓN

Introducción

técnicas de separación de mezclas mas utilizada, la decantación, este método sirve para separar una mezcla heterogénea y de componentes de distintas densidades, se trata de dejar reposar en un embudo especializado para esta técnica llamado embudo de decantación, los dos líquidos hasta que se separen y después vaciarlo abriendo la llave.

En nuestro experimento hemos usado como se debe dos componentes líquidos de distintas densidades, agua y aceite, evidentemente le aceite es más denso que el agua y debido a ello el aceite queda arriba cuando se separan en el embudo de decantación.

Si se realiza bien podemos llegar a separar el agua del aceite totalmente.

Metodología y materiales

Materiales

Este experimento no es muy complejo por lo que no necesita de muchos materiales para su realización pero tienes algunos esenciales como el embudo de decantación. Los materiales empleados en esta practica son lo siguientes:

  • Embudo de decantación. Es un embudo que se utiliza para separar líquidos, este embudo posee una llave en la parte de abajo que se abre y se cierra para soltar los distintos líquidos una vez separados…….
  • Vaso de precipitado. Este elemento esta presente en muchos experimentos, en este hemos empleado dos. El vaso de precipitado sirve contener líquidos y en ellos se pueden realizar mezclas, también se pueden calentar.
  • Soporte universal. Este soporte sirve para sostener cualquier material de laboratorio, en este caso lo hemos empleado para sostener nuestro embudo de decantación.
  • 'Decantación'

  • Nuez doble. La nuez se coloca en el palo vertical del soporte universal y así sostiene la pinza inmóvil.
  • 'Decantación'

  • Pinza metálica. La pinza se coloca en la nuez doble y sirve para sujetar el embudo de decantación, así este queda en alto par después poder colocar un vaso de precipitado debajo vaciar el embudo.
  • 'Decantación'

    En el siguiente dibujo se muestra como queda la unión del soporte universal con una nuez doble y una pinza metálica de la forma adecuada para nuestro experimento de decantación.

    'Decantación'

  • Frasco lavador. Es una botella de plástico que contiene agua destilada y tiene una pajita por donde sale el agua, lo utilizaremos para coger el agua para la mezcla.
  • 'Decantación'

  • Probeta graduada. Se utiliza para medir volúmenes, exciten diferente tamaños de probetas y al ser de plástico no se pueden calentar. Vamos a usar la probeta para medir la cantidad de agua y aceite necesitada.
  • 'Decantación'

  • Componentes de la mezcla. Esta mezcla es heterogénea por lo tanto sus componentes no se distinguen al mezclarse, en este experimento hemos usado como componentes agua y aceites (propiedades en la bibliografía).
  • 'Decantación'
    'Decantación'

    Metodología

    La realización de esta técnica de separación de mezclas no es laborioso pero hay que seguir lo pasos indicados de forma precisa y adecuada.

    En primer lugar debemos montar el soporte para el embudo, para ello cogemos un soporte universal y colocamos una vara metálica en vertical, en esa vara colocarémos la nuez doble y en ella pondremos la pinza metálica que sujetará el embudo de decantación para que este suspendido.

    Hay que asegurarse de que tanto la nuez como la pinza deben estar bien ajustadas para que el embudo permanezca completamente inmóvil.

    Una vez montado todo el soporte y colocado el embudo necesitaremos una probeta graduada, ahí echaremos el agua del frasco lavador y el aceite de una botella de aceite.

    Si el embudo que vamos a utilizar es de 250 ml debemos medir 100 ml de cada componente con la probeta, pero si el embudo es pequeño y su capacidad es de 150 ml la cantidad de los líquidos será solo de 50 ml cada uno.

    En nuestro caso poseemos un embudo grande, de 250 ml por lo que con la probeta primero mediremos 100 ml de agua y lo depositaremos en el embudo y con el aceite exactamente lo mismo, siempre con mucho cuidado y precisión para echar las cantidades correctas.

    Ahora que ya hemos depositados los componentes de la mezcla en el embudo lo taparemos con un tapón de corcho y lo quitaremos de la subjección de la pinza para así poder agitarlo con fuerza, cuando ya lo tengamos bien agitado lo volvemos a colocar en el soporte y esperamos hasta que las mezclas se separen.

    Tardaran un poco pero veremos como los líquidos se separan quedando abajo el menos denso, el agua.

    Como ya están separados vamos a vaciar el embudo, primero colocamos uno de los vasos de precipitado de los que disponemos y lo colocamos debajo del embudo, con mucho cuidado abrimos la llave para que caiga el primer líquido y una vez que haya terminado de caer cerramos la llave para que no se cuele ni un milímetro del otro líquido.

    Ya tenemos el agua separa en nuestro vaso de precipitado, ahora hacemos lo mismo para el aceite, colocamos el otro vaso debajo del embudo de decantación y abrimos la llave para que el aceite caiga.

    Resultados

    Después de realizar todos los procedimientos y dada por finalizada la practica procedemos a comprobar nuestros resultados.

    Observamos que las medidas de agua y aceite no son las mismas que depositamos al principio, la medida del agua es de un milímetro menos que la anterior, es decir 99 ml, y en el aceite ocurre lo contrario ya que hay un milímetro más del que depositamos, 101 ml.

    Esto se debe a que nuestro laboratorio no posee buenos instrumentos y el embudo de decantación que hemos empleado era de mala calidad o estaba en mal estado y la mezcla no se ha separado exactamente.

    Reflexión personal

    Mi opinón sobre el trabajo práctico, es decir, el experimento, es que me ha parecido un trabajo sencillo y entretenido aunque necesario de mucha precision para las medidas, pero a su vez no se ha podido realizar correctamente debido a la escasa cantidad de material de nuestro laboratorio y ha su estado defectuoso.

    Sobre el trabajo teórico, el informe del experimento he de decir que ha sido más laborioso que el anterior y también que le he prestado más dedicación. En resumen creo que ambas partes de este trabajo, tanto la teórica como la práctica, son fáciles pero a su vez entretenidas en su realización.

    Bibliografía

    En este apartado del informe teórico situaremos la información extra y las fuentes de información que hemos empleado para nuestro trabajo.

    Información extra.

    La información extra de la que dispongo es una breve descripción del método de decantación para separar mezcla heterogéneas, y las propiedades de los dos componentes empleados, el agua y el aceite.

    La decantación

    La decantación es un proceso físico de separación de mezclas, especial para separar mezclas heterogéneas, estas pueden ser exclusivamente líquido – líquido ó sólido – líquido.

    Esta técnica se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que dejándolos en reposo se separen quedando el más denso arriba y el más fluido abajo.

    Para realizar esta técnica se utiliza como instrumento principal un embudo de decantación, que es de cristal y esta provisto de una llave en la parte inferior.

    Las propiedades del agua

    el agua posee en su molécula dos átomos de H los que se encuentran unidos a un átomo de O, do enlaces covalentes son los que los unen, estos enlaces tienen un ángulo de 104´5º en el

    H- O- H.

    En cuanto al oxigeno este es mas electronegativo como ya sabes que el hidrógeno y es la razón por la que tiene más fuerza para atraer a los electrones de cada enlace.

    El agua (H2O), cuando esta en estado liquido a temperatura ambiente su densidad es de 1.,0 g/cm3.

    Propiedades del aceite

    Son triglicéridos de glicerol, tanto las grasas como los aceites tienden a descomponerse o enranciarse, su densidad es de 0,8 g/cm3.

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