ASPECTOS ANALÍTICOS DE MEZCLAS

Abarca las técnicas para el reconocimiento o separación de mezclas y mediciones en general y las consideraciones teóricas en que se fundamentan

Propósitos Generales:

Describir cualitativamente tanto los componentes de una mezcla, como las particularidades que permiten diferenciarlas de otras.

Determinar las proporciones de los elementos que la conforman y medir características distintivas

Propósitos específicos:

Conocer la clasificación de las mezclas, separación de las mismas. Estudiar las mezclas homogéneas desde el punto de vista cualitativo y

cuantitativo.

Temas a ver:

Tipos de mezclas Métodos de separación de mezclas Análisis de soluciones acuosas Coloides

Teoría cinética y temperatura.

La Temperatura es una propiedad de la materia que está relacionada con la distribución de la energía calorífica entre la materia de un cuerpo. Normalmente la temperatura mide la energía cinética media de las partículas:

A mayor energía cinética media (mayor movimiento de las partículas) mayor choque entre ellas, mayor temperatura.

A menor energía cinética media (menor movimiento de las partículas) habrá menos choques entre ellas, menor temperatura.

 Teoría cinética y presión.

La presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene es debida a los choques que tienen lugar entre las partículas del gas y dichas paredes. La variación de la presión de un gas encerrado en un recipiente puede tener lugar por alguna de estas razones:1. Por una variación de la temperatura manteniendo constante el volumen del recipiente

que contiene el gas: Un aumento de la temperatura aumenta la energía cinética media de las

partículas, lo que provoca una mayor velocidad de las mismas y una mayor intensidad en los choques contra las paredes: Aumenta la presión del recipiente que contiene el gas.

Un enfriamiento disminuirá la energía cinética media y las partículas chocarán con menos intensidad contra las paredes: Disminuye la presión del recipiente que contiene el gas.

2. Por una variación del volumen que contiene el gas manteniendo constante la temperatura:

Si disminuye el volumen, las partículas se concentran y chocan con más frecuencia contra las paredes del recipiente que las contiene: aumenta la presión sobre las paredes del recipiente.

Si aumenta el volumen, las partículas se separan, tienen más volumen donde moverse y habrá menos partículas que choquen con las paredes del recipiente que contiene el gas: disminuye la presión del recipiente.

 Los estados de agregación y la teoría cinética.

El estado de agregación de la materia nos indica la relación existente entre las partículas que integran la sustancia. Es decir, si las partículas se van a encontrar más cerca o más lejos en determinadas condiciones de presión o temperatura.

Por lo general, un aumento de la temperatura provoca un aumento de la energía cinética media (energía debida al movimiento) de las partículas que constituyen la materia. Este aumento de la energía cinética media se manifiesta:

En los gases por un aumento de la velocidad media con que se mueven las partículas En los sólidos y líquidos por un aumento de las vibraciones respecto a las posiciones

más o menos fijas que adoptan las partículas.

En el estado de agregación líquido el movimiento de las moléculas se halla restringido en comparación con el estado gaseoso.

En el estado de agregación sólido, las moléculas ocupan posiciones fijas y su movimiento se reduce a vibraciones.

Como se puede esperar un aumento de la energía cinética media por un aumento de la temperatura dificultará que las fuerzas de cohesión que existen entre las partículas puedan mantener la estructura que tenían.

Por el contrario una disminución de la temperatura disminuye la energía cinética media de las partículas que constituyen la materia, favoreciendo las fuerzas de cohesión y una mayor estructura.

 La teoría cinética y los cambios de estado.

Los cambios de estado se pueden producir de dos formas:

Cambiando la temperatura a la que se encuentra una sustancia: Si calentamos damos energía y las partículas disminuyen sus fuerzas de cohesión, aumenta la energía de vibración y pierde fortaleza la estructura más o menos rígida que poseen. El conjunto de partículas que forman dicha sustancia se desordena: cambios de estado progresivos (fusión, vaporización, sublimación). Si enfriamos quitamos energía y las partículas se mantienen más cerca, aumentan sus fuerzas de cohesión y el sistema se ordena: Cambios de estado regresivos (condensación, solidificación, sublimación regresiva).

Cambiando la presión a la que se encuentra una sustancia: Si disminuimos la presión el sistema tiende a desordenarse ya que no se favorece el acercamiento de las partículas, disminuyen las fuerzas de cohesión y se favorece un cambio de

estado progresivo (fusión, vaporización, sublimación). Si aumentamos la presión se favorece el acercamiento de las partículas lo que produce un aumento de las fuerzas de cohesión y una tendencia a los cambios de estado regresivos (condensación, solidificación, sublimación regresiva).

 Estados de agregación de la materia.

El estado de agregación de la materia (sólido, líquido, gaseoso) puede variar en función de las condiciones externas (presión y temperatura). Para unas determinadas condiciones, una sustancia concreta sólo se encontrará en un estado de agregación; es decir, en determinadas condiciones una sustancia se encontrará en estado sólido, en estado líquido o en estado gaseoso pero sólo en uno de ellos.

Cada uno de los estados de agregación tiene unas características que lo diferencian de los otros:

ESTADO CARACTERÍSTICASSólido - Tiene forma fija

- Tiene volumen fijo, no se puede comprimir- No fluyen

Líquido - No tiene forma fija. Se adaptan a la forma del recipiente que lo contiene- Tiene volumen fijo. Son poco compresibles- Fluyen por sí mismos

Gaseoso - No tienen volumen fijo. Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene. Son fácilmente compresibles- No tiene forma fija. Se adaptan a la forma del recipiente que los contiene- Difunde con facilidad. Tendencia a mezclarse con otros gases

Transformación de la materia

Sólido a líquido

Líquido a sólido

Líquido a gas

Gas a líquido Sólido a gas Gas a sólido

Fusión Solidificación Vaporización Condensación Sublimación progresiva

Sublimación regresiva

Sustancias puras y mezclas

Sustancia: Es una forma de materia que tiene composición definida y constante, presenta propiedades físicas y químicas características. No se pueden separar mediante procesos físicos. Las sustancias se clasifican como elemento y compuesto.

Elemento: Sustancia pura que no puede descomponerse en otras más sencillas

Compuesto: Unión de dos o más elementos químicos por medio de enlaces químicos

Sistema homogéneo: Es un material con propiedades similares en todas sus partes; consta de una sola fase.

Sistema heterogéneo: Es un material formado por partes con propiedades diferentes; consta de dos o más fases.

Fase: Es una porción de materia uniforme en sus propiedades intrínsecas.

Mezcla: Es la unión de dos o más sustancias en forma heterogénea y en proporciones variables, sus componentes pueden separarse por métodos mecánicos o físicos.

Combinación: Es la unión de dos o más sustancias en forma homogénea y en proporciones fijas, sus componentes no pueden separarse por métodos mecánicos ni físicos, sino por procedimientos químicos o físico-químicos.

Separación de mezclas

En la naturaleza los cuerpos no se hallan en estado puro, sino en mezclas con dos o más componentes, por lo cual el empleo de un método de separación en particular, y con frecuencia dos o más, depende tanto del estado físico en que se encuentren, como de las propiedades de los cuerpos mezclados.

MEZCLA MÉTODO DE SEPARACIÓN

PROPIEDAD EN QUE SE BASA

Sólido - Sólido

Tamizado Las partículas tienen diferentes tamaños, se utiliza un tamiz

Levigación Los sólidos después de pulverizados se dirigen con un líquido que no modifique sus componentes y se separan por densidad

Sólido - líquido

Decantación Se separan por diferencia de densidad.Filtración Se utiliza medios porosos a través de los cuales pasa el

líquido, pero es retenido el sólidoCentrifugación Se aprovecha la fuerza centrífuga para acelerar la

sedimentación y decantación de un sólido suspendido en un líquido

Destilación simple

Consta de dos fases: Transformación de un líquido a vapor mediante calor y condensación subsiguiente del vapor por enfriamiento. Se utiliza la diferencia en la temperatura de ebullición para separar los componentes

Cristalización Se basa en la diferencia de los puntos de solidificación de los componentes de la mezcla. El sólido impuro se disuelve en un solvente adecuado hasta saturación en caliente, se deja enfriar hasta que se produzca la cristalización.

Evaporación Consiste en calentar la mezcla hasta el punto de ebullición de uno de los componentes y dejarlo hervir hasta que se evapore uno de los componentes

Líquido- Líquido

Sifonado Consiste en un tubo doblado con dos ramas desiguales, por la acción de la presión atmosférica el líquido pasa.

Embudo de Se separa los líquidos por diferencia de densidad.

Tipos de soluciones

Cualitativa Cuantitativa

Diluida

Concentrada

Saturada

Sobresaturada

% P/P = x 100 % V/V = x 100 % P/V = x 100

m = N =

ppm =

decantaciónCromatografía Separación por distribución en dos fases, una

estacionaria y una móvil, un líquido sobre un soporte sólido y la fase móvil puede ser un líquido o un gas.

Destilación fraccionada

Separa líquidos mutuamente solubles por diferencias de temperatura de ebullición. Se puede llevar a cabo en varias etapas o una torre de destilación

Gas – Gas Licuefacción Se licúa la mezcla por bajas temperaturas y altas presiones, luego se produce una destilación fraccionada

Concepto de solución: Es una mezcla homogénea de moléculas, átomos o iónes de dos o más sustancias, es lo que resulta de la disolución.

Componentes de una solución: Una solución está formada por dos componentes, llamados soluto (sto) y solvente (ste).

Soluto: Sustancia que se disuelve en otra.

Solvente: Medio en que se disuelve el soluto, es el componente que está en mayor cantidad.

Factores que afectan la solubilidad: Naturaleza del soluto, naturaleza del disolvente, la temperatura y la presión.

Propiedades coligativas:

Presión de vapor: Cuando se disuelve un soluto en un solvente líquido, algunas de las partículas del soluto ocupan el espacio de la superficie del líquido de la solución y atraen

las partículas del solvente. De esta manera, la posibilidad de que las partículas del solvente se evaporen, disminuye. Si el soluto no es volátil, la presión de la solución siempre es menor que la del solvente puro a la misma temperatura.

Punto de fusión y punto de ebullición: En general, las soluciones presentan punto de ebullición más altos (aumento ebulloscópico) y puntos de fusión más bajos (descenso crioscópico) que lo correspondiente al solvente puro.

Diluciones: En ocasiones es necesario disminuir la concentración de reactivos para lo que se usa la siguientes fórmula: M 1x V 1 = M 2 x V 2

Coloides: Es una mezcla heterogénea y en proporciones variables, sus partículas no se ven a simple vista, sus partículas son agrupaciones de algunos miles de moléculas y no se depositan por reposo. Está formada por una sustancia que se encuentra en menor concentración, llamada fase dispersa o medio disperso y el medio donde se encuentra esta sustancia, llamado fase dispersante o medio dispersante. La fase dispersa es insoluble en la fase dispersante.

Propiedades de los coloides: Movimiento Browniano: Las partículas de los coloides presentan un movimiento

rápido, caótico y continuo que se debe al choque de las partículas del medio disperso con las partículas de la fase o medio dispersante.

Efecto Tyndall: Cuando la luz atraviesa una dispersión coloidal, las partículas del coloide difractan la luz.

Carga eléctrica: Las partículas de las dispersiones coloidales también reciben el nombre de micelas, estas presentan carga eléctrica positiva o negativa y se trasladan al polo negativo (anaforesis) o positivo (cataforesis), respectivamente, de una corriente continua que atraviesa la dispersión coloidal haciendo que el sistema permanezca estable y no se sedimente.

Ejemplos:

Responda las preguntas 1 a 5 de acuerdo a la siguiente gráfica:

1. La gráfica anterior representa la solubilidad de algunos sólidos en agua con respecto a la temperatura. De acuerdo con el gráfico, a 30ºC la solubilidad será mayor para:A. Mg Cl2 * 6 H2OB. Na ClC. NH4 NO3

D. Sacarosa

La respuesta es la c, ya que al tirar una línea paralela al eje Y en 30ªC es el compuesto que se encuentra en la parte superior.

2. Según el gráfico a 10ºC es correcto afirmar que:A. La sustancia más soluble es KClB. El NaCl es más soluble que el KOHC. La sustancia menos soluble es la sacarosaD. El Mg Cl2 * 6 H2O es menos soluble que el KOH

La respuesta correcta es la d ya que el Mg Cl2 * 6 H2O está ubicado en un punto más bajo que el KOH

3. Se puede afirmar que para el KOH a 20ºC la concentración de la solución saturada es:A. 80 g sto/100 g H2O

B. 100 g sto/100 g H2OC. 110 g sto/100 g H2OD. 60 g sto/100 g H2O

La respuesta es la C ya que al tirar una línea paralela al eje Y a 20ºC hasta la curva del KOH y luego una paralela al eje X se obtiene ese valor.

4. A 60ºC y 280 g de sto/100 g H2O para una solución de sacarosa se puede afirmar que:A. La solución se encuentra diluidaB. La solución se encuentra saturadaC. La solución se encuentra sobresaturadaD. No se puede afirmar como se encuentra la solución

La respuesta es la c ya al tirar las líneas en los valores que se dan se encuentran por encima de la gráfica de la sacarosa que corresponde a la zona de sobresaturación.

5. La temperatura a la cual la sacarosa y el NH4NO3 tienen la misma solubilidad es:A. 20ºCB. 10ºCC. 50ºCD. 40ºC

La respuesta es la a ya que ambas gráficas se cortan en este valor de temperatura

Responda las preguntas 6 y 7 de acuerdo a la siguiente información

A cuatro vasos que contienen volúmenes diferentes se agrega una cantidad distinta de soluto X de acuerdo con la siguiente tabla:

Vaso Volumen de agua en ml

Masa de X adicionada en gramos

1 20 52 60 153 80 204 40 10

6. De acuerdo con la situación anterior, es válido afirmar que la concentración es:

A. Mayor en el vaso 3B. Menor en el vaso 1C. Mayor en el vaso 2D. Igual en los cuatro vasos

La respuesta es la d ya que al dividir los datos de masa de cada vaso sobre su volumen respectivo se obtiene el mismo valor para los cuatro.

7. Si se evapora la mitad del solvente en cada uno de los vasos, es muy probable que al final de la evaporación:A. Aumenta la masa de la sustancia X en los cuatro vasosB. Disminuya la concentración de la solución del vaso 2C. Los cuatro vasos contengan igual masa de la sustancia XD. La concentración de las cuatro soluciones sea igual

La respuesta es la D. ya que si se evapora la misma cantidad de solvente la concentración de los cuatro vasos varía en la misma proporción.

8. Tenemos dos soluciones, la solución 1 está formada por 10 g de NaCl (MM = 58 g/mol) y 100 ml de agua, y la solución 2 está formada por 6 g de NaCl y 50 ml de agua. Al comparar las dos soluciones se puede decir que:A. La molaridad es igual en ambas solucionesB. La molaridad de la solución 1 es mayorC. La molaridad de NaCl en la solución 2 es mayorD. El número de moles de NaCl en la solución 2 es mayor que en la 1

La respuesta es la c ya que al calcular la molaridad da mayor para la 2 que para la 1

9. En la etiqueta de un paquete de papitas aparece la siguiente información: Carbohidratos 20 gramos Grasas 15 gramos Sal 5 mg Proteínas 3 g

De lo anterior se puede afirmar que:A. El solvente son los carbohidratos ya que se encuentra en mayor cantidad comparado con

los otros componentesB. La sal tiene mayor concentración que las proteínasC. El solvente es el agua ya que es el solvente universalD. No se puede afirmar que compuesto es el solvente ya que falta información

La respuesta es la a ya que los carbohidratos se encuentran en mayor proporción que los demás ingredientes de las papitas.

10. En la etiqueta de un frasco de vinagre aparece la información: “Solución de ácido acético al 4% P/P. El 4% P/P indica que el frasco contiene:A. 100 g de soluto y 4 g de ácido acéticoB. 4 g de ácido acético en 100 g de soluciónC. 100 g de solvente y 4 g de ácido acéticoD. 4 g de ácido acético en 96 g de solución

La respuesta es la d ya que por cada 100 gramos de solución se tiene 4 gramos de ácido acético y 96 gramos de agua.