MISUB3_UTILIZA TÉCNICAS DE
SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN CON BASE
A PROCEDIMIENTOS ESTANDARIZADOS
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
CRITERIO PONDERACIÓN
ACTIVIDADES 50%
REPORTE DE PRÁCTICA 20%
EXAMEN O PROYECTO 30%
Propósito formativo:
• Utilizar técnicas de separación y purificación con base a
procedimientos estandarizados.
PRIMER PARCIAL
Contenidos específicos
1.-Normas de seguridad e higiene para el manejo de sustancias
2.-Fundamentos básicos
_Tipo de soluciones: empíricas y valoradas 3.-Mezclas
4.-Métodos de separación de mezclas _Filtración por gravedad
_Filtración a vacio
ACTIVIDAD 1. CUESTIONARIO DIAGNÓSTICO
1. ¿Qué es una mezcla?
2. ¿Qué tipo de mezclas existen y cómo se diferencian?
3. ¿Qué técnica utilizarías para separar dos líquidos de diferentes densidades como el agua y el aceite?
4. ¿Qué técnica utilizarías para separar dos líquidos de diferentes puntos de ebullición, como el agua y el alcohol?
5. ¿Qué técnica utilizarías para separar un sólido que no se disuelve en un líquido?
Normas de seguridad e higiene para el manejo de sustancias
• NORMA Oficial Mexicana NOM-114-STPS-1994, Sistema para la identificación y comunicación de riesgos por sustancias químicas en los centros de trabajo.
• Los trabajadores deben estar capacitados para reconocer el riesgo potencial de los diversos productos químicos, en los procedimientos de operación y saber usar el Equipo de Protección Personal.
• Este sistema ha sido diseñado para llenar la necesidad de una comunicación efectiva y proporcionar información del uso seguro de sustancias químicas por los trabajadores, a través de la capacitación de los elementos que componen el sistema.
• La parte central de este sistema es la Identificación de los riesgos inherentes de una sustancia:
*Salud * Inflamabilidad *Reactividad *Especial
El sistema para la identificación de riesgos por sustancias químicas se
complementa de una señal de seguridad, en la que la información sobre los tipos y grados de riesgo y el equipo de protección personal pueden ser identificados de una manera sencilla por todo el personal del centro laboral que esté involucrado con el uso y manejo de dichas sustancias, así como también de una hoja de datos de seguridad que permite conocer más a la sustancia.
1. CORROSIVO 2. PELIGROSO PARA EL MEDIO AMBIENTE 3. EXPLOSIVO
4. INFLAMABLE 5. X i-IRRITANTE
Xn-NOCIVO 6. TÓXICO
6. COMBURENTE
Pictogramas de seguridad
Fundamentos básicos
La materia es cualquier cosa que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. La clasificación de la materia comprende las sustancias, las mezclas, los compuestos y los elementos.
Una mezcla es la combinación de dos o más sustancias, las cuales conservan sus propiedades características. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas y pueden ser separadas en cada una de las sustancias en forma pura por diferentes métodos físicos. Las sustancias puras pueden ser compuestos que pueden ser separados en sus elementos por métodos químicos (Chang, 2002).
ACTIVIDAD 2. FUNDAMENTOS BÁSICOS
• Realizar la lectura del anexo 1.
Anexos _Separación_Segundo Semestre.pdf
• El estudiante realiza un mapa
conceptual, apoyándose en la
lectura de fundamentos básicos
del anexo 1.
EL PROCESO DE SOLUCIÓN
Para que un soluto se disuelva en un
disolvente, las fuerzas de atracción entre el soluto y las partículas de disolvente
deben ser lo suficientemente grandes
como para superar las fuerzas de atracción dentro del disolvente puro y del soluto
puro.
El soluto y las moléculas de disolvente en una solución se expanden en comparación con su posición dentro de las sustancias puras.
El proceso de expansión, tanto para el soluto como para el disolvente, implica un cambio
en la energía del sistema, siendo este proceso exotérmico o endotérmico.
Después de la disolución, se dice que el soluto está completamente solvatado
(usualmente por fuerzas dipolo-dipolo o dipolo-ión), y cuando el disolvente
es agua, se dice que el soluto está hidratado.
La separación de las partículas de soluto antes de la disolución es un proceso
endotérmico tanto para el disolvente como para el soluto (pasos 1 y 2), pero
cuando el soluto y el disolvente se combinan entre sí, se trata de un proceso
xotérmico (paso 3).
Si la energía liberada en la etapa 3 es mayor que la energía absorbida en las etapas
1 y 2, la solución se forma y es estable.
EL PROCESO DE SOLUCIÓN
El término solubilidad se refiere a la cantidad máxima de material que se disolverá en una cantidad dada de disolvente a una temperatura dada para producir una solución estable.
SOLUCIONES EMPÍRICAS Y VALORADAS
¿Qué son las Soluciones Empíricas?
Una solución empírica es aquella solución que no posee una concentración determinada, no se conoce.
Las soluciones valoradas, si se les conoce la concentración exacta en términos de concentraciones porcentuales (%, M,N, PPM, ETC.)
“Una cucharada” o “una pizca” son términos empíricos puesto que no expresan concentración en función a la masa exacta, o al número de moles o equivalentes químicos que hay en solución.
Tipo de soluciones: empíricas y valoradas
Una solución, en química, es una mezcla homogénea de dos o más sustancias en cantidades relativas que se pueden variar
continuamente hasta lo que se llama el límite de solubilidad.
El término solución se aplica comúnmente al estado líquido de la materia, pero son posibles soluciones de gases y sólidos:
El aire, por ejemplo, es una solución que
consiste principalmente de oxígeno y nitrógeno con trazas de varios otros gases,
y el latón es una solución compuesta de cobre
y zinc.
¿Qué son las Soluciones Valoradas?
• Las soluciones valoradas o soluciones estándar son
aquellas en las que las medidas de concentración de sus
componentes son conocidas y
seguidas con precisión. Las
medidas de concentración
están estandarizadas.
SOLUCIÓN=SOLUTO + SOLVENTE
El soluto es la parte que se disuelve y el solvente es la parte que disuelve el soluto.
Cabe destacar que el soluto se encuentra en menor cantidad que el solvente.
En este sentido, en las sustancias valoradas, se conocen las cantidades exactas de soluto y de solvente que se requieren para hacer la solución estándar.
Para realizar una solución valorada se deben pesar o medir cada uno de los componentes de la solución y asegurarse de que ni un miligramo de soluto o de solvente quede adherido en alguno de los instrumentos de medición.
Molaridad
• Generalmente, las concentraciones de las soluciones valoradas se expresan en unidades de moles por litros (mol / L).
• Esta medida de concentración es conocida como molaridad.
• La fórmula para la molaridad es la siguiente:
Molaridad = número de moles de soluto (mol) / litros de solución (L).
M= mol/L
Porcentaje en masa (% en masa)
Esta expresión de concentración relaciona la masa del soluto con cien unidades de masa de la solución.
La masa suele ser expresada en gramos, sin embargo, se pueden utilizar otras medidas de masa.
La fórmula para el porcentaje en masa es la siguiente:
% en masa = ( masa de soluto / masa de la disolución ) x 100
Porcentaje en volumen (% en volumen)
El porcentaje en volumen expresa la relación entre la cantidad de soluto en volumen y cien unidades de volumen de la solución. Las medidas más empleadas son el litro (L) y el centímetro cúbico (cm 3).
La fórmula para el porcentaje en volumen es la siguiente:
% en volumen = ( volumen de soluto / volumen de solución ) x 100
Gramos por litro (g / L)(m/v)
Esta expresión de concentración establece una relación entre la masa de soluto (expresada en gramos) y el volumen de la
solución (expresada en litros).
La fórmula para esta expresión es la siguiente:
g / L = gramos de soluto / litros de solución
ACTIVIDAD 3. TIPO DE SOLUCIONES
• El estudiante realiza elabora un
resumen de los tipos de soluciones, el cual debe contener definición,
clasificación en Empíricas y
valoradas (%, M,N, PPM, ETC.)
• e incluir las ecuaciones
matemáticas que correspondan.
• Revisa fuentes documentales que
tenga a su alcance.
SISTEMAS DISPERSOS
MATERIA
SUSTANCIAS PURAS
ELEMENTOS COMPUESTOS
MEZCLAS
HOMOGENEAS HETEROGENEAS
MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
Clasificación de la materia
GLOSARIO DE TÉRMINOS
• Sistema material. Porción específica de espacio que contiene materia y se ha seleccionado para su estudio.
• Mezclas. Una mezcla está compuesta por dos o más sustancias, cada una de las cuales conserva su identidad y propiedades específicas.
• Sistema material homogéneo. Todas las porciones de materia son exactamente iguales en composición, estructura y propiedades.
• Fases. Una fase es una parte homogénea de un sistema.
_Un sistema homogéneo estará formado por una sola fase.
_Un sistema heterogéneo estará formado por varias fases con límites definidos entre ellas.
• Sistema material heterogéneo. Todas las porciones de materia son diferentes en composición, estructura y propiedades.
• Medios físicos y medios químicos de separación de los componentes de una sustancia. La separación de un sistema material en los componentes que lo forman puede llevarse a cabo por medios físicos o por medios químicos:
_Los medios físicos (destilación, decantación, evaporación, filtración, etc.) no producen alteración en la
naturaleza de las sustancias que componen el sistema. Si volvemos a juntar los componentes obtenidos tras la separación tendremos nuevamente el sistema que habíamos separado.
_Los medios químicos conllevan transformaciones que afecta a la naturaleza de las sustancias. Una vez que se produce la separación, la simple reunión de los componentes separados no produce la sustancia original.
i
Si
ACTIVIDAD 4. SISTEMAS MATERIALES Y METODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
• Dibuja los diagramas de la Clasificación de Sistemas Materiales y Métodos de separación de mezclas del anexo 2.
• Realiza una conclusión de cada
diagrama.
MÉTODOSDE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
TAMIZACIÓN FILTRACIÓN SEPARACIÓN
MAGNETICA DECANTACIÓN CRISTALIZACIÓN Y
PRECIPITACIÓN DESTILACIÓN EVAPORACIÓN CROMATOGRAFÍA CENTRIFUGACIÓN
Filtración
La filtración es un método útil para separar
sólidos no solubles de líquidos. Consiste en la utilización de un filtro (papel filtrador, piedras
filtrantes, etc.) que permite el paso del líquido por un medio poroso y retiene los elementos sólidos.
En el proceso de filtración se llama “residuo” a lo que queda en el filtro, y “filtrado” a lo que pasa a través de él. El material filtrante que compone al filtro es fundamental para garantizar que la
filtración funcione adecuadamente para los objetivos específicos. Existen diversos tipos de materiales porosos utilizados como medios
filtrantes, por ejemplo, telas, sólidos porosos o perforados, fibras poliméricas.
Dependiendo del tamaño de los poros del material filtrante empleado, el proceso de filtración puede ser clasificado en distintos tipos:
•Filtrado ordinario. Es el proceso que se lleva a cabo con
membranas o tamices cuyos poros son iguales o superiores a un milímetro (mm).
•Microfiltración. Es el tipo de filtración que se realiza con tamices cuyos poros oscilan entre 0,1 y 10 micrones (1 mm = 1000 micrones).
•Ultrafiltración. Es el proceso de filtración que
retiene moléculas cuyo peso supere los 103 Dalton/gmol, permitiendo separar proteínas o desinfectar agua
con bacterias. Así, este tipo de filtración permite filtrar partículas con diámetro de hasta 0,01 micrón.
•Nanofiltración. Este proceso permite retener en la
membrana filtrante a moléculas sin carga eléctrica que tengan un peso superior a 200 Dalton/gmol, y es aplicada en
la industria química fundamentalmente para concentrar compuestos orgánicos.
Filtración a vacío
¿En que consiste la filtración al vacío?
• La filtración al vacío o filtración a succión es la técnica estándar
utilizada para separar una mezcla sólido-líquido cuando el objetivo es retener el sólido. De manera similar a la filtración por gravedad, se vierte una mezcla sólido-líquido sobre un papel de filtro, con la principal
diferencia de que el proceso es
ayudado por la succión debajo del
embudo.
ACTIVIDAD 5. FILTRACIÓN POR GRAVEDAD Y VACÍO
• Realiza la lectura de de los
tipos de filtración del anexo 3.
• Elabora un resumen de cada
tipo de filtración, incluyendo la
imagen.
PRÁCTICA 1. FILTRACIÓN POR GRAVEDAD
• Realiza la práctica de Filtración por gravedad de acuerdo al protocolo que te soliciten.
• Completa el informe de la práctica con los resultados obtenidos y lo que se te pida.
• La realización de la práctica es por equipo y el informe de la práctica
es individual.
DECANTACIÓN
La decantación es un método se emplea para separar líquidos que no se disuelven el uno en el otro (como el agua y el aceite)
o sólidos insolubles en un líquido (como agua y arena).
Consiste en el uso de una ampolla o un embudo de decantación, donde se deja reposar la mezcla hasta que el ingrediente más denso sedimente y vaya al fondo. Se
abre la válvula y se lo deja salir, cerrándola a tiempo para que permanezca el ingrediente menos denso en su interior. Este método suele emplearse como primer paso hacia la obtención de sustancias más puras.
Existen dos formas en que puede llevarse a cabo la
decantación, atendiendo al estado de agregación de las sustancias que integran la mezcla:
•Decantación sólido-líquido. Cuando se encuentran elementos sólidos depositados en un medio líquido.
•Decantación líquido-líquido. Cuando la mezcla se forma por dos líquidos de densidades diferentes y que no pueden disolverse el uno en el otro.
Ejemplos:
Tratamiento de aguas servidas. Las aguas sucias del sistema cloacal de las ciudades son por lo general más densas que las limpias,
• puesto que están repletas de materia orgánica y otras sustancias en suspensión. Por ende, puede llevarse a cabo un proceso inicial
• de decantación y filtrado de la suciedad antes de devolver el agua a los mares y ríos. Así, el agua se devuelve más limpia al entorno,
•disminuyendo la contaminación del medio ambiente.
•Obtención de aceites naturales. Se sabe que las grasas no son solubles en agua y, por eso, durante la extracción de los aceites vegetales,
•se suele recurrir a la decantación como forma de separarlos del agua.
Además, la decantación también se utiliza para extraer los residuos
•sólidos que queden en el aceite después de la trituración de la palma, semilla u oliva.
PRÁCTICA 2. DECANTACIÓN
• Realiza la práctica de DECANTACIÓN de acuerdo al protocolo que te soliciten.
• Completa el informe de la práctica con los resultados obtenidos y lo que se te pida.
• La realización de la práctica es por equipo y el informe de la práctica
es individual.
TAMIZACIÓN
El tamizado opera de manera semejante al filtrado, pero entre sustancias sólidas de distinto tamaño (como grava y
arena, sal y palomitas de maíz, o arroz y piedritas).
Se usa una red o tamiz, cuyos agujeros permiten el paso de los fragmentos de menor tamaño y retienen los más
grandes. Dependiendo del material,
puede emplearse como primer paso en la obtención de sustancias puras o como paso definitivo.
Algunos ejemplos de tamizado son:
•La harina tamizada resulta mucho más ligera y permite mezclarse mejor con otros ingredientes (evitando la formación de grumos o mazacotes).
•La harina tamizada con otros ingredientes secos, como el cacao en polvo, ayuda a combinarlos con el resto de los ingredientes de manera más uniforme.
•Los granos tamizados, como el arroz o la quínoa, pueden ser separados de piedras, impurezas o granos partidos.
•Los metales preciosos (como las pepitas de oro tamizadas), pueden ser separadas de la arena y la tierra con las que siempre están mezcladas.
•Los granos de café son tamizados para separarlos de palillos y restos de hojas.
Práctica 4. Imantación-Separación magnética
La separación magnética consiste en la separación de fases de
acuerdo a su potencial
magnético. Algunas sustancias responden a los campos
magnéticos y otras no, y de
acuerdo a esta diferencia se aplica un imán o electroimán a la mezcla, que permite atraer un
componente y dejar el otro intacto (por ejemplo, fragmentos de hierro en tierra, mercurio en agua, trozos de metal en agua).
PRÁCTICA 3. TAMIZACIÓN E IMANTACIÓN
• Realiza la práctica de
TAMIZACIÓN E IMANTACIÓNde acuerdo al protocolo que te soliciten.
• Completa el informe de la práctica con los resultados obtenidos y lo que se te pida.
• La realización de la práctica es por equipo y el informe de la práctica
es individual.
