Toda sustancia tiene un conjunto único de propiedades (características que nos permiten identificarlas) y distinguirlas de otras sustancias. Una sustancia tiene




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fecha de publicación03.01.2016
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Práctico Cristalización-




Marco Teórico

SUSTANCIAS: 

Toda sustancia tiene un conjunto único de propiedades (características que nos permiten identificarlas) y distinguirlas de otras sustancias. Una sustancia tiene una composición fija y propiedades que la distinguen. Estas propiedades pueden ser físicas o químicas.

 Las propiedades físicas son las que podemos medir sin cambiar la identidad de la sustancia, por ejemplo, color, olor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, dureza. Las propiedades químicas describen la forma en que una sustancia puede cambiar (reaccionar) para formar otras sustancias.

MEZCLAS:

La unión de dos o más sustancias cualquiera que sea su estado de agregación, pueden dar lugar a la formación de una combinación o compuesto químico el cual se denomina mezcla.

  Una mezcla puede ser separada en sus componentes (sustancias) simplemente por métodos físicos. Estas pueden ser clasificadas en homogéneas y heterogéneas.

 a) Mezclas heterogéneas: no son uniformes; en algunos casos, puede observarse la discontinuidad a simple vista (sal y carbón, por ejemplo); en otros casos, debe usarse una mayor resolución para observar la discontinuidad.

 b) Mezclas homogéneas: son totalmente uniformes (no presentan discontinuidades al ultramicroscopio) y presentan igual composición en todo el sistema, algunos ejemplos son la salmuera, el aire. Estas mezclas homogéneas se denominan soluciones.

El límite a partir del cual se distinguen los sistemas heterogéneos de los sistemas homogéneos lo constituye precisamente el ultramicroscopio. Los diferentes sistemas homogéneos que constituyen el sistema heterogéneo se denominan fases. (Fase: Cada una de las partes que componen un sistema y que tienen las mismas propiedades físicas y químicas).

Los componentes individuales en una mezcla heterogénea están físicamente separados y pueden observarse como tales. Estos componentes se pueden recuperar por procedimientos físicos, como la filtración, la decantación o la separación magnética.

En una mezcla homogénea o disolución el aspecto y la composición son uniformes en todas las partes de la misma. El componente que está en mayor proporción y que generalmente es líquido se denomina disolvente, y el que está en menor proporción soluto.

Las disoluciones pueden ser sólidas y gaseosas, pero la mayoría de ellas son líquidas. Para separar los componentes de una disolución se utilizan técnicas como la cromatografía, la destilación o la cristalización fraccionada.

Si una fase homogénea puede tener una composición variable se denomina disolución.

Las disoluciones más utilizadas son las acuosas que el disolvente es el agua.

Las composiciones de cualquier mezcla heterogénea pueden cambiarse en las extensiones que se quieran. Pero la composición de una mezcla homogénea, esto es una disolución, solo puede variarse, en general, entre límites definidos. Cuando una disolución está en equilibrio con el soluto puro en exceso, se dice que es saturada. Los componentes de una disolución pueden separarse mediante cambios de estado en sustancias puras.

  El límite a partir del cual se distinguen los sistemas heterogéneos de los sistemas homogéneos lo constituye precisamente el ultramicroscopio. Los diferentes sistemas homogéneos que constituyen el sistema heterogéneo se denominan fases.

SOLUCIONES:

  Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias dispersadas como moléculas, átomos o iones, en vez de permanecer como agregados de regular tamaño.

 Existen soluciones donde las sustancias que se mezclan tienen distintos estados de agregación. Hay soluciones de gas en gas (en realidad, todas las mezclas de gases son soluciones), de gas en líquido, de líquido en líquido, de sólido en líquido, de sólido en sólido (aleaciones), etc.

 Una de las sustancias que forman la solución se denomina disolvente; suele ser el componente que se encuentra en mayor cantidad. La otra u otras sustancias en la solución se conocen como solutos.

Estado de la solución

Estado del disolvente

Estado del

soluto

Ejemplo

Gaseoso

Gaseoso

Gaseoso

Aire

Líquido

Líquido

Gaseoso

Oxígeno en agua

Líquido

Líquido

Líquido

Alcohol en agua

Líquido

Líquido

Sólido

Sal en agua

Sólido

Sólido

Gaseoso

Hidrógeno en Platino

Sólido

Sólido

Líquido

Mercurio en Plata

Sólido

Sólido

Sólido

Plata en Oro

Tabla: Clasificación de soluciones.

  El solvente o disolvente es el componente considerado como la sustancia que disuelve al otro componente o soluto. Esta distinción, aunque arbitraria, es bastante útil. Cuando ambos son líquidos, y uno de ellos es mucho más abundante que el otro, se le llama disolvente al más abundante: en el vinagre, el agua es el disolvente y el ácido acético, el soluto; en un ácido acético ligeramente contaminado con agua, la situación es inversa. Pero en ocasiones, la denominación de soluto y solvente se realiza simplemente adjudicando el primer nombre a aquella sustancia que nos interesa más desde el punto de vista químico; así, en las soluciones concentradas de ácido sulfúrico (tienen 98 g de ácido por cada 2 g de agua) se llama convencionalmente soluto al ácido sulfúrico.

 De acuerdo a la cantidad de soluto disuelto en cierta cantidad de solvente, las soluciones pueden denominarse:

 a) Diluida: es aquella que contiene solamente una pequeña cantidad de soluto (o solutos) en relación a la cantidad de disolvente.

 b) Concentrada: es aquella que contiene una gran proporción de soluto. Estos términos son tan imprecisos como las palabras "grande" o "pequeño", en realidad, estos términos serán usados de acuerdo a la máxima cantidad de soluto que puede disolverse -en esas condiciones- en esa cantidad de solvente (que obviamente cambia de acuerdo a las sustancias consideradas).

 c) Saturada: precisamente, aquellas soluciones que contienen la máxima cantidad de soluto posible disuelta en cierta cantidad de solvente, se denominan saturadas. La concentración de soluto en esas soluciones se denomina solubilidad; esta cantidad varía, en general, con la temperatura.

 d) Sobresaturada: en ocasiones, un solvente disuelve mayor cantidad de soluto que la que es posible a esa temperatura (mayor que la solubilidad); ese tipo de soluciones se denomina sobresaturada. Una solución de este tipo no representa una situación estable y finalmente deriva en la solución saturada correspondiente y un exceso de soluto sin disolver.

Concentración


En cualquier mezcla uno de los valores que hay que tener en cuenta son las cantidades con que cada componente participa en la mezcla. En el caso de mezclas homogéneas, especialmente en disoluciones líquidas es frecuente usar el concepto de concentración. Esta se puede expresar :











Se define como la masa en gramos de soluto por cada litro de disolución.




















Expresa la masa en gramos de soluto disuelta por cada cien gramos de disolución.



Expresa el volumen de soluto en mL por cada cien mL de solución.

V
 


V
 

Métodos de fraccionamiento

Analizaremos algunos métodos de fraccionamiento: Cristalización, Destilación y Cromatografía.

Cristalización

Es una operación básica de la ingeniería de procesos térmicos, que sirve ante todo para la separación y la purificación, pero también para la conformación de materiales.

Una característica de la cristalización es la formación de una nueva fase sólida (cristalizado). La cristalización es una operación unitaria que consiste en la formación de una sustancia cristalina, el cristalizado se puede formar a partir de una solución, de una masa fundida o de un vapor. En la ingeniería industrial química y de procesos se sitúa en un primer plano la técnica de cristalización a partir de fases líquidas, especialmente de soluciones.

La cristalización de un soluto partiendo de una solución puede efectuarse por 3 diferentes métodos:

  1. Cristalización por expulsión del disolvente: por este método la eliminación del solvente puro es lograda generalmente por una evaporación cambiando de esta manera la composición de la solución hasta que llegue a ser sobresaturada, y la cristalización tome lugar uniéndose generalmente para concentrar soluciones diluidas.

  2. Cristalización por enfriamiento: este método involucra un cambio de temperatura para producir condiciones de baja solubilidad y consecuente saturación y cristalización.

  3. Métodos especiales: la cristalización puede efectuarse haciendo un cambio en la naturaleza del sistema, por ejemplo, sales inorgánicas pueden inducirse a cristalización a partir de soluciones acuosas por la adición de alcohol. Otros procesos industriales involucran la cristalización por la adición de un material más soluble el cual posee un ion en común con el soluto original.

Cualquier operación de cristalización debe reunir los siguientes tres pasos básicos:

  1. Sobresaturación de la solución.

  2. Formación de núcleos cristalinos.

  3. Crecimiento del cristal.

Sobresaturación:

Una solución que está en equilibrio con la fase sólida se dice que está saturada con respecto al sólido. Sin embargo, es relativamente fácil preparar una solución que contenga mas solido disuelto que el representado por la condición de saturación, en este caso se dice que la solución esta sobresaturada.

Nucleación:

La condición de sobresaturación no es factor suficiente para que un sistema empiece a cristalizar. Antes que los cristales puedan crecer debe existir en la solución un número de sólidos pequeñísimos conocidos como centros de cristalización, semillas, embriones o núcleos.

La Nucleación es la formación espontánea o inducida de los primeros cristales del soluto o puede definirse como la generación espontánea o inducida dentro de una fase metaestable de una fase más estable en la cual un cristal es capaz de crecer.

Puede ocurrir espontáneamente o puede ser inducida artificialmente refiriéndose respectivamente a una nucleación homogénea y heterogénea.

Crecimiento del Cristal:

Tan pronto como un núcleo estable, o sea partículas más grandes que el tamaño critico han sido formados en un sistema sobresaturado, empiezan a crecer en la forma de cristales de tamaño visible.

Básicamente el crecimiento del cristal consiste en 2 pasos: difusión de los iones o moléculas a la superficie del cristal en crecimiento y la deposición de estos iones sobre la superficie.

  • Fundamento: El método consiste en evaporar el solvente quedando en forma sólida el componente que estaba disuelto.



  • Materiales: Cristalizador, tubo de ensayo, pinza de madera, mechero, gradilla, solución acuosa de sulfato cúprico.



  • Mediante cristalización del sistema inicial se obtienen 2 fracciones distintas: líquido incoloro y sólido cristalino azul. Podemos afirmar que el sistema inicial era una solución porque se fraccionó.



  • Aplicaciones: En muchos casos la naturaleza se encarga de realizar este proceso mediante la energía solar, como en las salinas, donde se obtienen cristales de cloruro de sodio al evaporarse el agua.


Destilación

  • Fundamento: El método se basa en los diferentes puntos de ebullición de los componentes de la solución. De esta manera se pueden extraer los componentes condensando sus vapores y recogiéndolos por separado.

  • Ejemplo: Se coloca vino en un vaso de bohemia y se observa. Sobre una cerámica se ensaya la combustión de una muestra de vino.

  • Aplicaciones: este método se utiliza en el fraccionamiento del petróleo para obtener los productos derivados como naftas, supergás, gas oil, queroseno y asfalto, entre otros.

Cromatografía

  • Fundamento: la cromatografía se basa en las diferentes afinidades de los componentes de una solución por el papel o por un líquido absorbido por éste. A medida que el líquido asciende por el papel, arrastra aquellos componentes más solubles en él, dejándolos a mayor distancia de la muestra inicial. Aquellos componentes menos solubles en el líquido quedan más cerca de la muestra.

  • Aplicaciones: En nuestro país el LATU tiene un departamento de cromatografía para realizar análisis de alimentos y de aguas residuales entre otras investigaciones.


Bibliografía:

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