3.3.2 Métodos de purificación de sustancias
1. Destilación.
La separación y purificación de líquidos por destilación constituye una de las principales técnicas para purificar líquidos volátiles. La destilación hace uso de la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias que constituyen una mezcla.
Las dos fases en una destilación son: la vaporización o transformación del líquido en vapor y la condensación o transformación del vapor en líquido. Existen varias clases de destilación, la elección en cada caso se hace de acuerdo con las propiedades del líquido que se pretenda purificar y de las impurezas que lo contaminan.
2. Filtración
Su objeto es separar un sólido de un líquido por medio de una barrera, la cual puede consistir de mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido.
3. Decantación
El procedimiento de decantación consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por ejemplo, 2 líquidos que no se mezclan, sólido y líquido, etc.) siempre y cuando exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases.
4. Evaporación
El procedimiento de evaporación consiste en separar los componentes mas volátiles exponiendo una gran superficie de la mezcla. El aplicar calor y una corriente de aire seco acelera el proceso.
5. Extracción.
La extracción es una técnica de separación que se puede aplicar a todo tipo de mezclas, ya sean éstas sólidas, líquidas o gaseosas. La extracción se basa en la diferencia de solubilidad de los componentes de una mezcla en un disolvente adecuado. La forma más simple de realizar una extracción consiste en tratar la mezcla de compuestos con un disolvente de manera que uno de los componentes se disuelva y los demás no. Sin embargo, la técnica de extracción más empleada consiste en la disolución de la mezcla a separar en un disolvente que disuelva a todos los componentes.
6. Sublimación.
La sublimación es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso, y viceversa, sin pasar por el estado líquido. Se puede considerar como un modo especial de destilación de ciertas sustancias sólidas.
El punto de sublimación, o temperatura de sublimación, es aquella en la cual la presión de vapor sobre el sólido es igual a la presión externa. La capacidad de una sustancia para sublimar dependerá por tanto de la presión de vapor a una temperatura determinada y será inversamente proporcional a la presión externa. Cuanto menor sea la diferencia entre la presión externa y la presión de vapor de una sustancia más fácilmente sublimará.
Generalmente, para que una sustancia sublime debe tener una elevada presión de vapor es decir, las atracciones intermoleculares en estado sólido deben ser débiles.
Así, los compuestos que subliman fácilmente tienen una forma esférica o cilíndrica, que no favorece unas fuerzas intermoleculares fuertes
La sublimación es un método excelente para la purificación de sustancias relativamente volátiles en una escala que oscila entre los pocos miligramos hasta
7. Cristalización.
Es la técnica más simple y eficaz para purificar compuestos orgánicos sólidos. Consiste en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad posible del disolvente adecuado en caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al enfriar se sobresatura produciéndose la crisitalización. El proceso de cristalización es un proceso dinámico, de manera que las moléculas que están en la disolución están en equilibrio con las que forman parte de la red cristalina. El elevado grado de ordenación de una red cristalina excluye la participación de impurezas en la misma.
8. Cromatografía.
La técnica cromatográfica de purificación consiste en separar mezclas de compuestos mediante la exposición de dicha mezcla a un sistema bifásico equilibrado.
Todas las técnicas cromatográficas dependen de la distribución de los componentes de la mezcla entre dos fases inmiscibles: una fase móvil, llamada también activa, que transporta las sustancias que se separan y que progresa en relación con la otra, denominada fase estacionaria. La fase móvil puede ser un líquido o un gas y la estacionaria puede ser un sólido o un líquido.
4. Propiedades físicas y químicas de la materia
Las propiedades nos permiten identificar o caracterizar una sustancia.
Propiedades físicas: Características de una sustancia son aquellas que identifican la sustancia sin alterar su composición. El color, olor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición. Dureza, lustre metálico, (brillo), ductilidad, maleabilidad y viscosidad.
Propiedades químicas: Las propiedades características que relacionan los cambios de composición de una sustancia o sus reacciones con otras sustancias. Las preguntas siguientes conciernen a las propiedades químicas de una sustancia.
- ¿Arde en el aire?
- ¿Se descompone (se divide en sustancias más simples) cuando se calienta?
- ¿Reacciona con otra sustancia, como oxígeno, un ácido o un metal, por ejemplo?
- ¿De que modo la modifican otras sustancias, y qué sustancias produce la reacción?
Las propiedades químicas incluyen la tendencia de una sustancia a reaccionar con otra, a enmohecerce, corroerse, estallar o actuar como veneno o carcinógeno.
Las propiedades físicas y químicas, también se llaman propiedades intensivas, se emplean para identificar una sustancia.
Las propiedades extensivas de las sustancias son las que depende de la cantidad de muestra, e incluyen las mediciones de masa, volumen y longitud (cantidad de materia presente).
5. Cambios físicos y químicos
Cambio físico: Cuando la composición de la sustancia no se altera.
Cambio químico: Cuando se consumen una o más sustancias y se forman al mismo tiempo una o más sustancias nuevas, cada una con sus propiedades físicas y químicas peculiares.
5.1 Conservación de la masa
Ley de
La masa no se crea ni se destruye solo se transforma. Es decir no se crea ni se destruye durantes los cambios físicos o químicos.
6. Interacción entre materia y energía
La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor. Se realiza trabajo cuando se desplaza una masa a lo largo de una distancia.
6.1 Tipos de energía
a) Energía cinética: energía de movimiento, esto implica que tenga una velocidad.
Matemáticamente se define por la fórmula:
Donde EC= Energía cinética
m= masa
v= velocidad
b) Energía potencial
Es la energía almacenada. Es la energía que un objeto posee en virtud de su posición y composición química. Matemáticamente se representa:
EP=mgh
Donde EP= Energía potencial.
m= masa
h= velocidad
g=gravedad
6.2 Conservación de la energía e interconversiones
La energía no se crea ni se destruye solo se transforma. Es decir, no se crea ni se destruye energía durante los procesos químicos (1ª ley de la termodinámica).
En el transcurso de la mayor parte de reacciones químicas, la energía potencial de las sustancias disminuye.
Regla general
Una reacción que libera energía se llama exotérmica. Cuando se incorpora o se aborbe calor u otras formas de energía, éstas se denominan reacciones endotérmicas.
6.3 Conservación conjunta de materia y energía.
La teoría de la relatividad nos muestra una relación entre la materia y la energía.
La ecuación de Einstein, su creador se enuncia así:
Donde delta E representa un cambio de energía, delta m representa un cambio de masa y c es la velocidad de la luz. De acuerdo a la ecuación de Einstein, una masa definida se transforma siempre en una cantidad definida de energía.
Es evidente que debemos entonces tratar la materia y la energía juntas, en una ley combinada de conservación de la materia y la energía. En términos sencillos, podemos afirmar que la suma total de la materia y la energía del universo es constante.
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