UNIVERSIDAD DE SUCREFACULTAD DE INGENIERIASDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILASIGNATURA QUMICA GENERAL

PRACTICA N 4

ANLISIS DE MEZCLAS I

1. PROPSITO:

Separar los componentes de mezclas inorgnicas utilizando mtodos mecnicos y trmicos tradicionales.

2. BASE TEORICA

En la naturaleza la mayora de las sustancias no se encuentran puras sino mezcladas con otras, de aqu que exista la necesidad de separarlas para su estudio y aprovechamiento individual. Dentro de esta gran cantidad de mezclas revisten especial importancia para el zootecnista, aquellos productos naturales de origen vegetal, animal o mineral que puedan ser utilizados en la fabricacin de frmacos, en el control de plagas y en la industria de alimentos, complejos enzimticos o en sustancias que inciden en el metabolismo de tal manera que pueden favorecer el desarrollo o crecimiento de un tejido o de un individuo en circunstancias ambientales muy particulares.

Para cumplir con esto, existen diferentes mtodos fsicos (mecnicos o trmicos) para separar los componentes de una mezcla; y sus aplicaciones dependen de las propiedades fsicas de los componentes de la mezcla como son principalmente sus estados de agregacin (slido, lquido o gas), solubilidad, punto de fusin, punto de ebullicin, etc.

Dentro de los mtodos mecnicos se usan comnmente: tamizado, levigacin, separacin magntica, decantacin, filtracin, centrifugacin, extraccin con solventes, cromatografa, etc. ; y dentro de los trmicos estn la cristalizacin y destilacin.

METODOS MECNICOS:

Decantacin: Es el mtodo mecnico de separacin de los componentes de una mezcla ms simple y de mayor uso tanto en procedimientos caseros de preparacin de alimentos como a nivel industrial y en el laboratorio. Es til para separar mezclas heterogneas (slido-lquido o lquido-lquido) de componentes insolubles y de diferentes densidades.

Filtracin: Se utiliza para separar mezclas de slidos insolubles en un lquido. Se aprovecha el dimetro de las partculas que son retenidas por un filtro poroso que deja pasar el lquido y las de dimetro menor. La filtracin puede ser simple cuando se usa un embudo normal. Dentro del cual se coloca un papel filtro y el filtrado se recibe en un erlenmeyer o en un beacker quedando retenidas las partculas slidas en el filtro (Figura 4.1), o puede ser a presin reducida en la cual se usa un embudo buchner conectado mediante un tapn a un erlenmeyer con desprendimiento lateral mediante el cual se reduce la presin haciendo vaco conectado a una columna de agua (figura 4.2).

Figura 4.1: Montaje para filtracin y para decantacin con embudo de separacin

Figura 4.2 Montaje para filtrar al vaco y centrifugar METODOS TERMICOS:

Evaporacin y cristalizacin: Se utiliza para separar componentes slidos, generalmente sales solubles disueltas en un lquido. Puede ser por va hmeda en cuyo caso inicialmente la sustancia impura se disuelve para remover impurezas slidas no solubles en el solvente usado, luego se filtra (o se decanta) y finalmente se obtiene los cristales puros por evaporacin del solvente en caliente o en fro, dependiendo el grado de volatilidad del solvente.

La cristalizacin tambin puede ser por va seca, en este caso no se disuelven las sustancias sino que se funden (o se subliman) para eliminar las impurezas y luego se dejan enfriar hasta cristalizacin.

Destilacin: Es un proceso que sirve para separar los componentes de una mezcla de lquidos aprovechando las diferencias en sus puntos de ebullicin y luego se condensa por enfriamiento con agua circulante en un refrigerante. Aqu la observacin de la temperatura es fundamental ya que nos permite saber cuando se ha evaporado totalmente un componente lquido y cuando comienza a evaporarse otro. La destilacin puede ser: Sencilla, fraccionada, por reflujo, o por arrastre con vapor de agua. En la destilacin simple, el vapor formado por ebullicin se condensa y se recoge. (Figura4.3).

En la destilacin fraccionada, los vapores se pasan a travs de una columna de fraccionamiento antes de recogerlos. La columna de fraccionamiento proporciona una superficie extensa para el intercambio de calor entre el vapor que sube y el condensado que desciende, obtenindose una mejor separacin de los componentes de la mezcla.

3. MATERIALES Y REACTIVOS

-Embudo de vidrio-Agua-Papel filtro -Arena -Beakers -Limadura de hierro -Pipeta -Azufre-Imn -Tetracloruro de carbono o bencina -Agitador -Cloruro de sodio -Cpsula de porcelana -Cal 4. PROCEDIMIENTO

En un beaker con agua, deposite una porcin de arena, agite y deje en reposo unos minutos. Luego por inclinacin ligera del vaso y a travs del agitador. Separe la parte lquida del slido sedimentado. Anote lo observado.

En beaker forme una mezcla de aceite con agua. Agite la mezcla y virtala en un embudo de separacin. Abra la llave del embudo y deje escapar la primera fase lquida, hasta separacin total con la otra fase. Cierre la llave y anote todas sus observaciones.

Prepare una mezcla de cloruro de sodio y cal con 50 ml de agua. Agite la mezcla y, a travs de un agitador, fltrela usando un embudo con papel filtro. Describa lo observado.

Deposite 10 ml del lquido filtrado en una cpsula de porcelana y somtela a calentamiento directo, hasta evaporacin total del lquido. Describa lo observado.

En un tubo de ensayo, deposite una mezcla de azufre, limadura de hierro, agregue bencina, deje en reposo y decante el lquido sobrenadante sobre un vidrio de reloj. Deje el vidrio de reloj con su contendido en reposo al aire libre por unos minutos y anote lo observado.

1. CUESTIONARIO

a. Qu procesos de separacin estn involucrados en:

Un examen antidoping La obtencin de cido actico a partir del vinagre La extraccin del oro La obtencin del plasma sanguneo

b. Los mtodos de separacin de los componentes de una mezcla consisten en una serie de procedimientos que el operador debe seleccionar, utilizar y manejar para aislar y purificar a la sustancia de inters. Qu utilidad tienen estos mtodos en el campo de la Ingeniera Civil?

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PRACTICA N 5

SEPARANCION DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA II

1. PROPSITOS:Separar los componentes de mezcla utilizando mtodos no tradicionales.

2. BASE TEORICA

Las sustancias que tienen origen en los seres vivos y que conforman los llamados metabolitos secundarios y los biocompuestos en general, generalmente no se encuentran en forma pura, sino que se encuentran acompaados con otras sustancias. Por esta razn si una de ellas genera un inters particular, se hace necesario aislarla y purificarla para un mejor estudio de sus propiedades y un mejor aprovechamiento de ellas. Dada la naturaleza orgnica de estas sustancias, poseen propiedades fsicas especiales, como la solubilidad, puntos de fusin, termolabilidad, etc.; que ameritan tratamientos particulares para su separacin. Dentro de los mtodos ms usuales para separar este tipo de mezclas estn: la extraccin con solventes, destilacin por arrastre de vapor, centrifugacin y la cromatografa entre otros.

La destilacin sencilla es un mtodo muy utilizado para separar los componentes de mezclas de lquidos miscibles que presenten diferentes puntos de ebullicin. Para efectuarla, es necesario armar un montaje como el que aparece a continuacin (figura 5.1):

La destilacin por arrastre con vapor es usada principalmente para separar componentes orgnicos voltiles de productos naturales, especialmente aceites esenciales usados en perfumera que por sus bajos puntos de ebullicin son arrastrados con vapor de agua y posteriormente condensados (figura 5.2).

Las separaciones por reflujo son tambin por extraccin con solventes. La mezcla se somete a calentamiento y el vapor del solvente se condensa cayendo sobre la misma mezcla lo que permite una extraccin continua. Una aplicacin de esta operacin es la extraccin de grasa por reflujo continuo de ter sobre la muestra en un extractor soxhlet (figura 5.3).

La extraccin con solventes se efecta para separar una sustancia del material slido o lquido que la contiene, mediante la utilizacin de un disolvente inmiscible con el material. Los disolventes ms usados son: agua, ter etlico, ter de petrleo, etanol, benceno, etc. Por extraccin se aslan y purifican numerosos productos naturales como las vitaminas, hormonas, colorantes, etc.

La cromatografa es un mtodo que permite fraccionar los componentes de una mezcla, ya que depende de la migracin selectiva y diferencial de los solutos a travs de un sistema de dos fases: una slida y otra fluida. La fase slida se llama absorbente y estacionaria y la fase fluida es mvil y pasa a travs de la fase estacionaria arrastrando gases, lquidos o slidos disueltos que son adsorbidos o concentrados selectivamente sobre la superficie de la fase absorbente. La longitud recorrida por un compuesto desde el origen a su posicin final dividida entre la recorrida por el frente del disolvente desde el origen de la mezcla a su altura mxima, se denomina Rf(relacin de flujo), siendo caracterstico de cada compuesto por el cual se le puede identificar bajo ciertas condiciones. La cromatografa es muy empleada en qumica orgnica y en bioqumica para separar mezclas complejas de productos naturales. Se puede dividir en cromatografa de columna, de papel, en capa delgada, en fase gaseosa y a presin lquida.

Una de las aplicaciones importantes de la cromatografa en capa delgada y en columna es en el estudio de las clorofilas, los carotenos y las xantofilas. Todos estos pigmentos son insolubles en agua pero se disuelven fcilmente en solventes orgnicos como ciertos alcoholes, acetonas, benceno, etc.

3. MATERIALES Y REACTIVOS

-Mortero -Agua destilada-Columnas cromatogrficas -Acetona -Montaje para destilacin sencilla -ter de petrleo -Pipetas -Hojas de espinaca -Destilador por arrastre de vapor -Hojas de eucalipto-Capa fina cromatogrfica -Ptalos de rosas frescas -Beackers-Matraces erlenmeyer

4. PROCEDIMIENTO

Destilacin sencilla

Arme un montaje como el que aparece en la figura 5.1 para separar los componentes de una mezcla problema de lquidos miscibles. Recoja el destilado cada 10 grados a partir de los 60 grados. Qu caractersticas tiene cada uno?

Destilacin por arrastre de vapor: Con este procedimiento se trata de extraer aceite de eucalipto por arrastre con vapor:

Arme un montaje para destilacin por arrastre de vapor como se observa en la figura En el baln A eche agua hasta la mitad de su capacidad y agregue unas bolitas de destilacin. En el baln B coloque varias hojas de eucalipto sumergidas en un poco de agua. El tubo T sirve para seguridad. Una vez que se haya cerciorado de que las uniones estn bien hechas, ponga la llama debajo del baln A e inicie el calentamiento. Al mismo tiempo ponga a circular agua por el condensador. El vapor producido en A pasar al baln B en donde se extraer el aceite de eucalipto y lo arrastrar a travs del condensador hasta el recipiente D. Contine el calentamiento durante una hora aproximadamente. Al trmino de este tiempo separa las dos capas (aceite, agua) que ha quedado en el recipiente D. describa las propiedades organolpticas del aceite obtenido.

Extraccin por solventes:

Macere en un mortero 10 g de hojas verdes de espinaca en unos 40 ml de acetona. Cuando la acetona tome el color verde fuerte filtre la mezcla en un embudo. El extracto contendr los pigmentos de los cloroplastos y de esta forma se obtiene una mezcla impura de clorofila A y B. Coloque aproximadamente unos 50 ml de ter de petrleo en un embudo de separacin y agregue la solucin cetnica de pigmentos; suavemente de vueltas al embudo hasta que la capa superior est completamente verde; espere unos minutos y agregue unos 70 ml de agua destilada y agite suavemente el embudo hasta que la capa superior est completamente verde; cuando haya separacin completa extraiga la capa inferior de agua destilada y descrtela. Observe el color y la fluorescencia de la capa etrea. La solucin de ter de petrleo ser la que se usa posteriormente en la cromatografa de columna.

Separacin utilizando cromatografa de columna:

Prepare una columna utilizando perlas de silicagel (empaquetamiento) Haga correr la capa etrea en la columna y recoja el contenido en un erlenmeyer. Haga correr cloroformo y recoja su contenido en un erlenmeyer. Repita el procedimiento con metanol y agua. Observe el color y el tono del mismo en los matraces. Consulte sobre el contenido del mismo.

5. CUESTIONARIO

a. Cules son las bases fsicas y qumicas de cada uno de los mtodos usados?b. Qu aplicaciones tienen los mtodos usados en la experiencia realizada en el campo de la Ingeniera civil?

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PRACTICA N 6

TAMAO DE UNA MOLCULA DE ACIDO OLEICO

1. PROPSITOS: Hallar, usando un mtodo experimental indirecto, el orden de magnitud del tamao y la masa de una molcula de cido oleico. Determinar con alguna aproximacin el nmero de Avogadro.2. BASE TEORICA

Algunas sustancias como los aceites tienen la propiedad de ser inmiscibles con el agua y adems son menos densos que ella, esto hace que al colocar aceite sobre el agua, este se extienda sobre la superficie formando una pelcula monomolecular. Podramos calcular el espesor de esta capa si conocemos el volumen del lquido que dejamos caer en el piso y medimos el rea que el lquido ocupa sobre la superficie al extenderse sobre ella, siendo el espesor de la capa igual al dimetro de una molcula.

Para ilustrar lo anterior, podemos considerar que las molculas de aceite se comportan como cuando se arroja una buena cantidad de bolas de cristal sobre una mesa de gran superficie. Las bolas se distribuirn formando una capa cuyo espesor corresponde al dimetro de una bola. Ser difcil que las bolas queden unas encima de las otras. Entonces si determinamos el espesor de la capa de aceite, su valor corresponder al dimetro de una molcula.

3. MATERIALES Y REACTIVOS

-Bandeja mediana -Talco-Reglilla -Solucin de cido oleico (0.01cc en 100cc de ter de petrleo. -Micropipeta -cido oleico (C17H33CO2H)

4. PROCEDIMIENTO

Coloque una determinada cantidad de agua en una bandeja con una altura aproximada de 1 cm, djela en reposo hasta cuando cese todo movimiento superficial. Forme luego una capa delgada de talco esparcindola finamente con una mota sobre la superficie del agua de la bandeja.

Utilizando la micropipeta, cuente l nmero de gotas que se necesitan para transferir 1 cc de la solucin de cido oleico. Empleando la pipeta, deje caer una gota sobre la superficie, al lado otra gota y al otro lado otra, cuidando que no hagan contacto al expandirse. Las manchas formadas son de forma aproximadamente circular, mida su dimetro y antelos en sitios diferentes al anterior, repita la operacin con dos y despus con tres gotas, midiendo en cada caso sus dimetros. En el informe de prctica, llene los espacios en blanco desarrollando los clculos y respuestas correspondientes.

TAMAO DE UNA MOLCULA DE ACIDO OLEICO. NUMERO DE AVOGADRO. MEDICIONES

1. DATOS INICIALESCantidad de cido oleico (cc) Dimetro (cm) Radio promedio Una gota __________ ____________ Dos gotas __________ ____________ Tres gotas __________ ____________ 2. Numero de gotas de solucin por cc __________________ 3. Volumen de una gota ___________ cc 4. Volumen de cido en una gota __________ cc 5. Considerando que las capas de cido oleico son de forma cilndrica (v=r2h), Calcule el espesor h de las capas de cido oleico para el volumen de cido oleico por gota. Para una gota _____________ cm Para dos gotas ____________ cm Para tres gotas ___________ cm 6. Espesor promedio: _____________ 7. Si suponemos que las molculas de cido oleico son de forma cbica (v=a3=h3) y sabiendo que las capas formadas son mononucleares, el espesor promedio corresponde a la arista del cubo. El volumen de una molcula seria: ___________cm3. 8. Conocido el volumen de una molcula; el nmero de molculas contenidas en una gota de aceite es: _______________ Molculas. 9. Consideremos que la densidad del cido oleico es 0,89 g/cc; la masa de una gota es: ______________ g 10. Partiendo que se conoce la masa de cido en una gota y el nmero de molculas en una gota, al calcular la masa de una molcula, dara _______ g. 11. El nmero de Avogadro puede calcularse as: Peso molecular del cido oleico: _________ g/mol Volumen molar de cido oleico _________ ml/mol El volumen molar tambin es igual a: ml/nmero de Avogadro de molculas. Iguale los dos ltimos y calcule el nmero de Avogadro 12. Considerando el valor terico y el valor obtenido en el laboratorio, calcule el porcentaje de error relativo. 13. Si las molculas de la monocapa de cido se colocan unas junto a las otras en lnea, Qu longitud alcanzara aproximadamente?

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PRACTICA N 7

EL ENLACE QUMICO Y LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA

1. PROPOSITO:

Relacionar el tipo de enlace que une a los tomos en los diferentes compuestos con la conductividad elctrica.

2. FUNDAMENTO TEORICO

Una sustancia transmite la corriente elctrica en la medida en que genera iones. Por ejemplo, el NaCl cuando se disuelve en agua, se disocia en Na + y Cl-. Las sustancias que en solucin transmiten la corriente elctrica se les llaman electrolitos y las que no la conducen se llaman no-electrolitos. Los electrolitos pueden ser fuertes o dbiles y los que no la transmiten se llaman no-electrlitos.Conductividad es la medida de la capacidad que tiene un material para conducir la corriente elctrica. Las soluciones nutritivas contienen partculas inicas que llevan cargas y por lo tanto poseen esta habilidad. Cuanto mayor es la cantidad de estos iones disueltos en el agua la conductividad de la solucin resultante es mayor. Por lo tanto la medicin de la conductividad elctrica de una solucin nutritiva tiene una relacin directa con la cantidad de materiales slidos disociados que hay disueltos en ella.

Los conductmetros son los aparatos utilizados para medir la conductividad. Bsicamente los conductmetros son instrumentos compuestos por dos placas de un material especial (platino, titanio, nquel recubierto con oro, grafito, etc.), una fuente alimentadora y un sector o escala de medicin. Aplicada una diferencia de potencial entre las placas del conductmetro, este mide la cantidad de corriente que como consecuencia pasa por ellas.

Con los valores del voltaje aplicado y con la intensidad elctrica de la corriente que pasa por las placas, los conductmetros determinan, de acuerdo a su previa calibracin, la conductividad de la muestra ensayada.

Conductividad elctricaEs la capacidad de un medio de permitir el paso de la corriente elctrica a su travs.La conductividad elctrica es una de las caractersticas ms importantes de los electrolitos en solucin, ya que representa la capacidad de stos para transportar la corriente elctrica.

Medio lquido (Disolucin)La conductividad en medios lquidos est relacionada con la presencia de sales en solucin, cuya disociacin genera iones positivos y negativos capaces de transportar la energa elctrica si se somete el lquido a un campo elctrico. Estos conductores inicos se denominan electrolitos o conductores electrolticos.

Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinacin conductimtricas.Estas determinaciones tienen muchas aplicaciones, como: en el rea industrial la, ya que el consumo de energa elctrica en la electrlisis depende en gran medida de ella, en los estudios de laboratorios para determinar el contenido de sal de varias soluciones durante la evaporacin del agua (por ejemplo en el agua de calderas o en la produccin de leche condensada) o tambin las basicidades de los cidos pueden ser determinadas por mediciones de la conductividad, para determinar las solubilidades de electrlitos escasamente solubles y para hallar concentraciones de electrlitos en soluciones por titulacin.

La base de las determinaciones de la solubilidad es que las soluciones saturadas de electrlitos escasamente solubles pueden ser consideradas como infinitamente diluidas. Midiendo la conductividad especfica de semejante solucin y calculando la conductividad equivalente segn ella, se halla la concentracin del electrolito, es decir, su solubilidad.Un mtodo prctico sumamente importante es el de la titulacin conductimtrica, o sea la determinacin de la concentracin de un electrolito en solucin por la medicin de su conductividad durante la titulacin. Este mtodo resulta especialmente valioso para las soluciones turbias o fuertemente coloreadas que con frecuencia no pueden ser tituladas con el empleo de indicadores.

Medio slidoSegn la teora de bandas de energa en slidos cristalinos, son materiales conductores aquellos en los que las bandas de valencia y conduccin se superponen, formndose una nube de electrones libres causante de la corriente al someter al material a un campo elctrico. Estos medios conductores se denominan conductores elctricos o metlicos

3. MATERIALES Y REACTIVOS

Una roseta con bombilla, 1 metro de cable y un toma, 5 beacker de 50 ml.Sustancias: NaCl slido, soluciones de azcar 1% y 10%, agua destilada, HCl en solucin 1% y 10%, solucin de NaOH 1% y 10%, jugo de limn en agua, vinagre, cido actico 1% y 10%.

4. PROCEDIMIENTO:

Para determinar la conductividad, usted debe disponer de un conductmetro. Despus de cada medicin, lave con agua destilada los electrodos.

1. Determine la conductividad de cada una de las sustancias de acuerdo al siguiente cuadro:

NSUSTANCIACONDUCTIVIDAD

1AZUCAR SLIDA

2SOLUCION AZUCAR 1%

3SOLUCION AZUCAR 10%

4NaCl SLIDO

5NaCl EN ETANOL

6SOLUCION NaCl 1%

7SOLUCION NaCl 10%

8HCl 1%

9HCl 10%

10SOLUCION NaOH 1%

11SOLUCION NaOH 10%

12AGUA DESTILADA

13AGUA DE GRIFO

14VINAGRE

15ACIDO ACETICO 1%

16ACIDO ACETICO 10%

2. Utilizando los elementos de la figura, complete el siguiente cuadro teniendo en cuenta la conduccin de corriente por parte de cada una de las sustancias utilizadas. NSUSTANCIAELECTROLITO FUERTEELECTROLITO DEBILNO ELECTROLITO

1AZUCAR SLIDA

2SOLUCION AZUCAR 1%

3SOLUCION AZUCAR 10%

4NaCl SLIDO

5NaCl EN ETANOL

6SOLUCION NaCl 1%

7SOLUCION NaCl 10%

8HCl 1%

9HCl 10%

10SOLUCION NaOH 1%

11SOLUCION NaOH 10%

12AGUA DESTILADA

13AGUA DE GRIFO

14VINAGRE

15ACIDO ACETICO 1%

16ACIDO ACETICO 10%

5. Registre sus observaciones y de sus conclusiones:

a. Determine para cada una de las sustancias empleadas el tipo de enlace que las caracteriza teniendo en cuenta el grado de conductividad.b. Haga la frmula electrnica de cada una de las sustancias empleadas y justifique su comportamiento frente a la conduccin de electricidad.c. Qu efecto tiene el grado de concentracin sobre la conductividad?