UNIVERSIDAD DE SANTANDER PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL UDES GUIA DE LABORATORIO 0 TERMODINAMICA SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA DE ÁCIDO BENZOICO, ARENA Y SAL. NOMBRE: CÓDIGO: NOMBRE: CÓDIGO: Preguntas para Pre-Informe El principio de las técnicas de separación física de la materia Diferencia entre cambios físicos y químicos de las mezclas. La estrecha relación entre el tipo de materia, el cambio, y la energía 1. Introducción* 1.1. Mezclas y Disoluciones En general, se puede decir que una mezcla termodinámica es un sistema compuesto de varias partes termodinámicamente distinguibles, como P.e. agua caliente y agua fría, agua líquida y su vapor, oxígeno y nitrógeno, oxígeno-16 y oxígeno-17 (isótopos), hierro y carbono (en bloques separados, triturados o en solución sólida), iones y electrones, etc. En este capítulo sólo se van a considerar mezclas de especies distinguibles, también llamados sistemas compuestos (en general, especies químicas, pero también mezclas de isótopos), y no mezclas de una misma especie en diferentes estados. El término 'mezcla' se utiliza con carácter general para sistemas compuestos en cualquier estado de agregación, es decir, para mezclas sólidas, líquidas, gaseosas o cualquier combinación. Pese a ello, en estado líquido, muchas veces se pone especial énfasis en un subconjunto de los componentes (que se llamará disolvente) de la mezcla, y al resto de los componentes se les denominará solutos, llamándose "disolución" a esa mezcla. En estado sólido, donde la movilidad molecular es pequeñísima, se suele usar la palabra "solución sólida" para designar las mezclas termodinámicas (si cambian la red cristalina se llaman aleaciones), para evitar confundirlas con las mezclas físicas de polvos sólidos sin cohesión. Dependiendo del estado del sistema y de la resolución espacial elegida por el observador, las mezclas se clasifican en: - mezclas homogéneas, si, para la resolución elegida (p.e. 0,l mm), no se detectan variaciones TERMODINAMICA- Msc. Oscar Guarín Página 1
bruscas de las propiedades de un punto a otro (p.e., el aire de la atmósfera, el agua del mar, una barra de hierro); si no se detecta ninguna variación se dice que la mezcla es uniforme. - mezclas heterogéneas, si, para la resolución elegida, sí se observan saltos en alguna propiedad de un punto a otro (cambia la densidad, o el índice de refracción, etc). Se llama- a un sistema homogéneo (mezcla o puro). En esta práctica se considera el efecto del cambio de composición física (sin reacción química ni disociación iónica) en sistemas homogéneos (monofásicos) y heterogéneos (multifásicos). La variación de composición tiene siempre lugar por difusión de especies causada por gradientes en los potenciales químicos. A veces la composición no varía en un cierto proceso de un sistema y sin embargo se sigue utilizando la teoría de mezclas para simplificar, ya que muchas mezclas se comportan proporcionalmente a como lo hacen los componentes por separado, y así, bastan en estos casos conocer las propiedades de los compuestos puros para estudiar cualquier mezcla de ellos. 2. Competencias 2.1 Competencia general Aprende las técnicas más simples que permiten la purificación de sustancias, conociendo los principios en los que se basan los métodos de separación 2.2 Competencias específicas Adquiere habilidades para el uso correcto del instrumental típico del laboratorio. 3. Lista de Equipos Balanza Estufa 3.1. Lista de materiales y reactivos Mortero Espátula Mechero Bunsen Soporte Pipeta Vaso de precipitado Embudo Balanza Placa de calentamiento Estufa Papel encerado Arandela para soporte Hielo Arena lavada Anillo para soporte Agua destilada Cloruro de sodio Cápsula de porcelana Ácido benzoico (C 7 H 6 O 2 ) TERMODINAMICA- Msc. Oscar Guarín Página 2
4. Metodología Armar el equipo de acuerdo a la Figura No. 1, y pesar la cápsula de porcelana, el papel encerado, y el papel filtro. FIGURA No. 1 Paso No. 1: Separación del ácido benzoico: - Colocamos la mezcla seca (proporcionada por el DOCENTE ) en el vaso, lo tapamos con la cápsula llena con agua fría; sería conveniente añadir unos trozos de hielo. - Calentamos suavemente el vaso, con lo cual el ácido benzoico sublima y se deposita sobre la pared exterior de la cápsula, de donde lo retiramos con la espátula para depositarlo en el papel encerado (previamente pesado). - Repetimos la operación para cerciorarnos de que la separación ha sido completa. - Posteriormente se procede a pesar el papel conteniendo el ácido. - Peso del ácido benzoico = Peso final del papel encerado con ácido - Peso inicial del papel encerado. Es pertinente lavar la cápsula de porcelana para utilizarla en el Paso No. 2. TERMODINAMICA- Msc. Oscar Guarín Página 3
Paso No. 2: Separación de la arena: - El residuo que queda en el vaso lo tratamos con agua; filtramos mediante el embudo con filtro, pasándolo a la cápsula de porcelana previamente lavada en el paso No. 1., y repetimos la experiencia utilizando pequeñas porciones de agua destilada, las veces que sean necesarias para separar la arena de la sal (cloruro de sodio), y así tener los dos componentes aislados. - El filtro conteniendo la arena, se coloca en la estufa durante 30 minutos con el propósito de eliminar la humedad. - Se pesa el filtro antes de colocarlo en el embudo y después del proceso de filtradosecado. - Peso de la arena = Peso final del filtro (con arena) - Peso inicial del filtro. Paso No. 3: Separación de la sal: - Para la obtención de la sal, se elimina el agua hirviendo con mucho cuidado. - Recordar que éste proceso hay que realizarlo con precaución porque se pueden producir pérdidas por precipitación. - El peso de la sal es el resultante de la sustracción por las pesadas de la cápsula de porcelana vacía y seca (después de la eliminación del agua), respectivamente. Las pesadas se deben cuidar y registrar para poder comprobar el final de los pesos resultantes con los iniciales (éste dato será proporcionado por el maestro), y ver las pérdidas. E. CUESTIONARIO: 1. Determinar las pérdidas de cada una de las sustancias del experimento. 2. Qué técnicas básicas de separación ocurrió en el experimento? Mencione en qué paso del procedimiento se manifestó tal separación. 3. Mencione los tipos de mezclas que se fueron dando en cada paso del experimento. 4. Comente los tipos de cambios ocurridos en el experimento, y clasifíquelos de acuerdo con sus propiedades o principio. 5. Exponga las conclusiones de ésta experiencia, y realice dibujos que la ilustren. TERMODINAMICA- Msc. Oscar Guarín Página 4
F. ESPECIFICACIONES DEL REPORTE DE LABORATORIO: Conceptos teóricos Procedimiento Operaciones matemáticas Cuestionario Bibliografía 5 Evaluación/Autoevaluación Examen escrito (en los primeros 10 min de la clase). Valor 10%. Pre Informe. Valor: 30%. El estudiante, deberá preparar adecuadamente la metodología experimental para desarrollar la práctica. Además, deberá ser capaz de escribir un informe que refleje, concretamente, el análisis de los resultados obtenidos durante la práctica. Valor: 60%. 6 Bibliografía AVERANGA, M. Física general.. Editoral Mc Graw Hill. 2001. BROCA L. Química en el Laboratorio. Editorial Prentice Hall. 2007. CAICEDO, Juan. Química Investiguemos. sexta edición. Editorial Voluntad. 1988. pp.192. DREW H. Wolfw. Química General, orgánica y biológica.. Editorial Mc Graw Hill. 2004. TEIJON, J. La química en problemas. Segunda edición. Editorial Teber Flores España. 2002. pp.470. TERMODINAMICA- Msc. Oscar Guarín Página 5