Para comenzar en Química, debemos entender que cada material posee características únicas y particulares las que denominamos propiedades.
El conjunto de propiedades las cuales dependen de la naturaleza del material.
Es entonces que a este tipo de propiedades es las que se llaman propiedades Intensivas, un ejemplo muy común es el color, olor y su estado físico, su conducción eléctrica y la temperatura de ebullición.
También debemos reconocer otro tipo de propiedades que existen las cuales dependen de la cantidad del material, a este tipo de propiedades se les conoce como propiedades Extensivas, si ponemos un ejemplo simple: el volumen, la superficie, la masa,etc.
Cuando un determinado cuerpo recibe calor, las partículas del cuerpo se mueven de una forma más rápida, es por esto que necesitan más espacio para su desplazamiento, es por esta razón que el volumen del cuerpo aumenta.
Este aumento de volumen le llamamos dilatación.
Siempre que aumenta la temperatura de un gas, se pueden dar dos fenómenos con la relación volumen-presión.
En el primer caso si la presión no tiene variación, el gas aumenta el volumen. Dado que la energía que se trasmite al gas es empleada en el aumento de la energía cinética de las moléculas y por tanto el volumen aumenta de un modo proporcional al aumento de temperatura.
En cuanto no varía el volumen, aumenta la presión del gas, al no producirse una dilatación, ya que no se manifiestan cambios en el volumen.
Proceso físico de separación de separación de substancias llevado a cabo por la distribución en dos fases. Fase móvil (gas-líquido) y Fase estacionaria (sólido-líquido)Dependiendo del estado de las fases involucradas es posible desarrollar varios tipos de cromatografía, cuando la fase móvil es un gas se denomina Cromatografía de Gases y cuando la fase móvil es un líquido se denomina Cromatografía de Líquidos.
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 típicamente 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.
Cinematografía Gas sólido: película liquida con alto punto de ebullición (Silicon o Polietileno) que recubre un sólido inerte (cromatografía gas líquido), cromatógrafo de gases (CG).
Todo compuesto que pueda ser separado por cromatografia ha de ser volátil y Termicamente estables.
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.
Los métodos utilizados para la separación de mezclas y de disoluciones utilizan como base las propiedades físicas y químicas de los componentes de estas.
Estos métodos de separación de mezclas homogéneos que veras son.
Cristalización.
El método de cristalización es separar un soluto sólido para separarlo de un disolvente haciendo que cristalice el soluto, (inverso al proceso de la disolución
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 concentrar 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.
Una forma simple de explicación seria la siguiente.
Técnica que consiste en hacer que se cristalice un soluto sólido con objeto de ser separado del disolvente en el que este disuelto. Para ello conviene evaporar parte del disolvente o dejar que e proceso ocurra a temperatura ambiente.
Si hay un enfriamiento rápido se obtiene pequeños cristales, cuando es lento los cristales son de mayor tamaño.
Destilación.
Destilación se utiliza para separar líquidos de una solución, tomándose como referentes las temperaturas de ebullición .
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 de vapor que aparecen, se expresa el compuesto de 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.
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.
En el aislamiento tanto como en la purificación de los distintos compuestos orgánicos, estas son son operaciones básicas químicas reflejadas en la destilación, extracción, cristalización, absorción, cromatografía, etc.. Que en cada caso aprovecha las propiedades físico químicas de compuestos orgánicos, involucrados en estos procesos, entre estas propiedades podemos citar:
Puntos de ebullición.
Polaridad.
Puntos de fusión.
Solubilidad.
Miscibilidad.
Aquí estudiamos la operación básica de aislamiento y purificación llamada destilación.
Fundamento Teórico
La destilación es una operación utilizada con frecuencia para la purificación y aislamiento de líquidos orgánicos. La destilación aprovecha las volatilidades y puntos de ebullición de los componentes líquidos a separar.
La destilación depende de parámetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presión, composición, energía.
El equilibrio entre el vapor y el liquido de un compuesto esta representado por la relación de moles de vapor y liquido a una temperatura determinada, también puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.
La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energía proporcionada al sistema, también influye en la composición del vapor y el liquido ya que esta depende de las presiones del vapor.
La presión tiene directa influencia en los puntos de ebullición de los líquidos orgánicos y por tanto en la destilación.
La composición es una consecuencia de la variación de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio.
Puntos de ebullición, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus presiones de vapor igualan a la presión atmosférica, produciéndose el fenómeno llamado ebullición.
2.1. Clasificación de la destilación
Existen las siguientes:
– Destilación simple o sencilla.
Destilación Fraccionada.
Destilación por Arrastre de vapor.
Destilación a presión reducida o al vacío.
2.2. Destilación Simple
Utilizando el sistema de la figura siguiente, el liquido se destila desde el matraz de destilación, ocurriendo primeramente la vaporización, estableciéndose el equilibrio liquido vapor. Parte del vapor se condensa en las paredes del matraz, pero la gran parte pasa por la salida lateral condensándose debido a la circulación del agua fria por el tubo refrigerante, a este producto se le conoce como, “destilado”, y a la porción que queda en el balón de destilación el “residuo”,se debe mantener el ritmo de destilación, manteniendo continuamente una gota de condensado en el bulbo del termómetro. Para evitar el sobrecalentamiento de los líquidos es necesario introducir en el balón, núcleos de ebullición y mantener constante el ritmo de destilación. La destilación simple es aplicable en los sistemas que contengan líquidos orgánicos de puntos de ebullición bastante diferenciados, ejemplo: Sistema butano-etanol, agua-metanol.
2.3. Destilación fraccionada
La destilación fraccionada no es nada mas que una técnica para realizar una serie completa de pequeñas separaciones (destilación simple), en una operación sencilla y continua, que utiliza el equipo de la figura siguiente. Una columna de destilación fraccionada proporciona una gran superficie para el intercambio de calor, en las condiciones de equilibrio, que se establece entre el vapor que asciende y el liquido (condensado) que desciende. Esto tiene como consecuencia una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de fraccionamiento. Cuando el condensado en algún punto de la columna toma calor del vapor, parte se evapora de nuevo y el vapor formando el mas rico en el componente mas volátil (el de menor ebullición). Al mismo tiempo, cuando el vapor cede calor al condensado, parte del mismo se condensa, siendo este condensado mas rico en el componente menos volátil (el de mayor punto de ebullición), bajo este panorama podemos decir que partiendo de la base de la columna, a medida que aumenta la altura aumenta el enriquecimiento del componente mas volátil e inversamente con el componente menos volátil. También se establece a lo largo de la columna un gradiente de temperaturas que varían desde el punto de ebullición del componente X hasta el punto de ebullición del componente Y. Existe una influencia adicional al equilibrio termodinámica liquido-vapor, y este es el intercambio de energía (perdida) que se verifica la columna de fraccionamiento.
2.4. Destilación al vacío
Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a la presión ordinaria, por que se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal, en otros casos la destilación requiere de inmensas inversiones o utilización de energía en gran cantidad, o finalmente poseen problemas de equilibrio liquido-vapor, en consecuencia se emplea el método de destilación al vacío o a presión reducida. Sabemos que un liquido empieza a hervir cuando su presión de vapor iguala a la presión atmosférica o de operación, por lo tanto si reducimos la presión de operación tendremos la ebullición a temperaturas bajas, esta no incluye a la destilación fraccionada.
2.5 Destilación por arrastre de vapor
Es una técnica que sirve fundamentalmente para separar sustancias insolubles en agua y literalmente volátiles, de otros productos no volátiles mezclados con ellas. Esta método es un buen sustituto de la destilación al vacío, y tiene algunas ventajas, ya que la destilación se realiza a temperaturas bajas. El comportamiento de la destilación de un sistema de dos fases miscibles, donde cada liquido ejerce su propia presión de vapor y la suma de ambas es de la presión de operación, y son independientes de las cantidades relativas de la mezcla. Estos hechos constituyen la base para la purificación de sustancias por el arrastre de una corriente de vapor. Existen varios compuestos orgánicos de punto de ebullición relativamente alto que con agua co-destilan en una cantidad en peso lo suficientemente grande para ser destilados con cierta rapidez por debajo del punto de ebullición del agua.
Esto se debe a sus pesos moleculares relativamente elevados comparados con las del agua.
Las enzimas tienen una configuración nativa dada por fuerzas estabilizadoras.
Cualquier factor externo que altere esas fuerzas modificará la actividad.
La temperatura y ph óptimo varían para hacer que la estructura del sitio activo sea más adecuada para la catálisis.
Complejo ES:
La conversión de los sustratos en productos ocurre en el sitio activo de la enzima .
El complejo que se forma cuando S y la enzima se combinan se llaman complejo enzima-sustrato. «ES»
Entre la unión del sustrato a la enzima por la reaparición de enzimas libre por productos se producen una serie de pasos.
E + S <—->ES <—-> EP <—-> E + P
La cantidad de producto formado a partir de una determinada concentración de sustrato y de enzima seria con el tiempo solamente en las primeros minutos de la reacción lineal entre el producto formado y el tiempo..
KM las unidades Km son unidades de concentración, usualmente molaridad KM puede definirse como la [ S ] a la que la enzima alcanza la mitad de su velocidad máxima o [ S ] a la que 1/2 de las moléculas de enzimas están formando ES.
En condiciones definidas de PH y temperatura, los valores de KM y velocidad máxima son las constantes cinéticas de una determinada enzima frente a su sustrato
Los cambios de temperatura y el calentamiento global.
Hoy día es innegable el consenso entre los científicos que estudian este problema desde 1990, se conoce el efecto que causan los gases que se concentran de modo masivo tales como metano, dióxido de carbono, óxidos nitrosos.
Como sabemos estos gases atrapados en creciente radiación infrarroja en la tierra, ya han ocasionado un aumento en las temperaturas, entre 1.5 ºc y 3.5 ºc ,
Si tenemos en cuenta las cumbres que ya se efectuaron desde que se conoció en1975 con el primer informe científico los que alertaban del CFC ( clorofluorocarbonos ) sobre el efecto invernadero y confirmándose al año siguiente con la gran concentración de CO2 creciente en la atmósfera, las advertencias que predijeron sobre las consecuencias de mantenerse la metodología industrial de producción y el consumo abusivo del crudo para el uso energético,
Ya para todos, no es ninguna novedad los problemas que año a año se agravan, los cambios climáticos que hoy nos rompen los ojos ( y el ecosistema ) a todos.
Los aumentos en precipitaciones, seguidos de sequías incomprensibles que terminan con incendios incontrolables, los cuales arrasan grandes hectáreas de la más variada vegetación.. Destruyendo lo más preciado de nuestro ecosistema, sin tener en cuenta la aceleración que se esta produciendo contra en el planeta, la destrucción de recursos naturales.
Las escasas decisiones que se han tomado por parte de los gobiernos de turno los cuales priorizan su economía y expansión económica, con la supuesta globalización industrial, donde la riqueza llega a unos pocos y una notable pobreza, nos deja en la crisis más desigual de toda la historia en la humanidad.
Los recursos naturales prioritarios para la subsistencia del hombre esta en peligro constante.
Si de echo, estamos sobre una bomba de tiempo en la cual cohabitamos, donde están los cerebros de este siglo! para detener el deterioro global del planeta y su futuro, si lo tiene.
Ebullición: se produce a temperatura de ebullición, se caracteriza por la formación de burbujas en el interior del liquido.
Vaporización: se da a una temperatura menor a la de ebullición.
Condensación: (vapor a liquido).
Cuando la sustancia o cuerpo se encuentra a temperatura ambiente en general, en estado liquido.
Ejemplo: H2O agua.
CoH alcohol formula general.
Licuación: (gas a liquido).
Ejemplo: O2 (o), Dioxígeno, a temperatura ambiente y presión ambiente, se encuentra en estado gaseoso, cuando cambia de estado gaseoso a liquido se dice que el dióxido se va licuando.
El punto de fusión normal.
El punto de fusión normal coincide con el punto de solidificación normal.
Ejemplo: para el agua , es Oºc en ambos casos a 1 atm.
