Separación de los componentes de una mezcla: La destilación 14-15

FUNDAMENTO DE LA EXPERIENCIA: La destilación es un procedimiento para separar los componentes de una disolución en función de la temperatura de ebullición de los mismos.

DESTILACIÓN DE UNA BEBIDA ALCOHÓLICA

Destilación simple de una bebida

  MÉTODO

1. Pon unos 100 ml de bebida alcohólica en el matraz de destilación. Cierra el matraz con un tapón al que has acoplado un termómetro.
2. Acopla el tubo de refrigeración con una goma a un grifo. Ábrelo para que circule el agua.
3. Calienta la bebida alcohólica. Los vapores del alcohol denominado etanol saldrán por el interior del tubo de refrigeración e irán enfriándose hasta condensarse.
4. Recoge el alcohol en un matraz erlenmeyer y aprecia su olor característico.
5. Anota el volumen que vamos recogiendo durante el proceso.

CUESTIONES

a) ¿Qué tipo de sistema material forma la bebida alcohólica que estamos destilando? ¿Por qué?
b) ¿Cómo sabemos cuál es el momento en el que no estamos destilando alcohol? Recuerda las temperaturas de ebullición del alcohol y del agua: 79 ºC y 100 ºC, respectivamente, a 1 atmósfera de Presión.
c) ¿Qué quiere decir que la cerveza tiene 5 º, es decir, 5 % en volumen de etanol?

Mezclas homogéneas y sustancias puras

A simple vista no se puede distinguir una mezcla homogénea de una sustancia pura. Pero sí se pueden distinguir experimentalmente. Las diferencias más importantes entre una disolución y una sustancia pura son las siguientes:

SUSTANCIA PURA	DISOLUCIÓN
• Mediante procesos físicos como evaporación o destilación, solo conseguimos que cambie de estado. • Tiene propiedades características y constantes que la diferencian de las demás sustancias (es como su DNI) • Los cambios de estado se producen siempre a igual temperatura.	• Sus componentes se pueden recuperar por procesos físicos como la evaporación o la destilación. • Sus propiedades no son fijas, dependen de la proporción en que estén mezclados sus componentes. • Los cambios de estado no se producen siempre a igual temperatura. Varían según las proporciones de la mezcla.

Sustancia pura: agua	Disolución: agua salada
• Cuando se calienta hasta 100 ºC hierve, pasando a vapor de agua, manteniendo constante esa temperatura hasta que el agua se evapora por completo. Tiene propiedades características y constantes. Por ejemplo: • Densidad: 1 kg/ L • Punto de fusión: 0 ºC • Punto de ebullición: 100 ºC • No tiene sabor, etc.	• Si se calienta, empezará a hervir, quedando en el recipiente sal cuando toda el agua se haya evaporado. La temperatura de ebullición cambia ligeramente. Sus propiedades no son fijas, dependen de la proporción de sal presente en el agua. Por ejemplo: • Densidad: mayor que 1 kg/L • Punto de fusión: inferior a 0 ºC • Punto ebullición superior a 100 ºC • Sabor salado

Experimentalmente es posible diferenciar una sustancia pura de una disolución. COMPRUEBA LO QUE SABES RESPONDIENDO A ESTAS CUESTIONES DE FORMA RAZONAD.

1. Los aceros son aleaciones de hierro y carbono. ¿Tendrán todos los aceros la misma densidad? ¿Por qué?

2. En un recipiente tenemos un líquido incoloro, que aparentemente parece agua. Hacemos lo siguiente: Lo ponemos a calentar, comenzando a hervir cuando el termómetro marca 104 º C. El líquido se evapora y deja un residuo sólido de color blanco. Con esta información, ¿se podría pensar que el líquido es agua? ¿Se trata de una sustancia pura? Razona la respuesta

3. Viendo los dibujos, explica las diferencias entre:

a) Mezcla y sustancia pura

b) Elemento y compuesto 

Clasificación de la materia 14-15

REPASO INTERACTIVO EN LA WEB: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/clasif/clasifica1.htm

APLICACIÓN 1: Clasifica los siguientes sistemas materiales en mezclas o sustancias: Betadine, alcohol puro, alcohol de 96º, anillo de plata, aguarrás, refresco sin gas, aire, botella de vidrio, aceite de oliva, sal común (cloruro de sodio),  aceituna, agua pura,   tornillo de acero, aire, céntimo de euro, euro, miel, sopa de fideos, óxido de hierro,   nitrógeno, agua mineral, hilo de cobre y gas butano.

APLICACIÓN 2. Clasifica en homogéneas o heterogéneas las mezclas anteriores.

APLICACIÓN 3. Clasifica en elementos o compuestos las sustancias anteriores.

Los estados de la materia y los cambios de estado 14-15

Animaciones: Estados de la materia, estado sólido, líquido y gaseoso.

La materia se puede presentar en tres estados según el movimiento de sus partículas:

• En estado sólido. Las partículas están ordenadas, muy juntas, unidas, y no se desplazan (el hielo, el hierro, la madera, etc.).

• En estado líquido. Las partículas están muy cerca unas de otras, pero se mueven con libertad y de forma desordenada (el agua, el aceite, etc.).

• En estado gaseoso. Las partículas están muy separadas y se mueven deprisa ocupando mucho más espacio (el aire, el gas de un globo, etc.).

NOTA:  Las nubes están formadas por gotas de agua líquida, por lo que esta representación en el dibujo superior como estado gaseoso es incorrecta.

Los cambios de estado de la materia son los siguientes:

http://biologiaygeologia.org/unidadbio/esa/cna4/materia/u2_contenido/cambios_estado.swf  

• Fusión: De sólido a líquido.
• Solidificación: Paso de líquido a sólido. 
• Vaporización: Paso de líquido a gas. Puede ser por Ebullición (a la Temperatura de ebullición) y evaporación(a temperatura ambiente)
• Condensación: Paso de gas a líquido.
• Sublimación progresiva: De sólido a gas.
• Sublimación regresiva (sublimación inversa), de gas a sólido.

Repasa este desarrollo con esta animación y realiza la actividad final de este enlace: Estados de la materia y cambios de estado (muy bueno: pincha en el menú de la izquierda en el recuadro "Estados").

PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES Y MATEMÁTICOS 

Pon un poco de hielo picado en un vaso de precipitados y calienta hasta que se convierta en agua líquida en primer lugar y, posteriormente, en vapor.

a) Indica razonadamente cuáles son  las variables independiente y dependiente.

b) Anota los tiempos y las temperaturas en una tabla.

c) Representa  la  gráfica correspondiente.

d) Explica lo que sucede a 0 ºC y a 100 ºC aproximadamente.

e) Mira la gráfica siguiente (parecida a la que tú has construido) y responde: ¿En qué estado se encontraba este cuerpo a  -5 ºC? ¿Y a 45 ºC? ¿Y a 0 ºC? ¿Y a 100 ºC?

NOTA:  Como puedes observar, en nuestro experimento no ocurre lo mismo que se muestra en la gráfica anterior o en la siguiente animación en las proximidades de 0 ºC.

Calentamiento del hielo y enfriamiento del vapor de agua.

Experimentos y problemas matemáticos con la densidad 14-15

Animación para entender bien lo que es la densidad y cómo se calcula: 

http://www.concivi.didacticacienciasugr.es/index.php?module=Mediashare&func=display&mid=4

EXPERIMENTOS

1. Mide la densidad de un sólido como la magnetita y explica cómo lo has hecho.
2. Mide la densidad del agua y explica cómo lo has hecho.
3. Halla la densidad de la glicerina y explica cómo lo has hecho.
4. Determina la densidad del aceite y  explica cómo lo has hecho.
5. Pon en una probeta los líquidos anteriores por orden decreciente de densidad y observa lo que sucede. Explica por qué ocurre esto.
6. Añade unas gotas de betedine a la capa superior y observa lo que sucede. Explícalo en términos científicos. 

 

PROBLEMAS DE DENSIDAD

Son tres tipos de problemas los que podemos hacer. Tienes que tener en cuenta que se utilizan dos unidades para medir la densidad. Una es la del SI: kg/ m³. La otra es la que usamos en el laboratorio hace varios días:  g/ cm³. Aprende a pasar de una a otra mediante factores de conversión (mira más abajo).

a) Calcula la densidad del cinabrio cuya masa es de 574 g y su volumen es de 70 cm³. Exprésala en kg/ m³.

Cinabrio de Almadén

b) Calcula la masa de un ejemplar de  cobre nativo, cuya densidad es 8,9 g/ cm³, si la muestra tiene un volumen de 125 ml. Expresa la densidad del cobre en kg/ m³.

  c) Calcula el volumen en ml que ocupa una muestra de 120 g de corindón, cuya densidad es de 4000 kg/ m³ . 

UNA CUESTIÓN ACEITOSA: Sin hacer cálculos, ¿qué prefieres por el mismo precio, 5 litros o 5 kg de aceite? Razona la respuesta. Dato: La densidad del aceite es de 0,92 g/ cm³.

Calcula tu tiempo de reacción 13-14

"Todo conductor de un vehículo que circule detrás de otro deberá dejar entre ambos un espacio libre que le permita detenerse, en caso de frenazo brusco, sin colisionar con él" (CÓDIGO DE LA CIRCULACIÓN). Esta separación, conocida como distancia de seguridad, hay que  aumentarla por razón de nuestra velocidad, condiciones de adherencia y frenado, condiciones de visibilidad, etc. La distancia de seguridad depende del tiempo de reacción del conductor y de la fuerza de frenado (aceleración de frenado). Para que este tiempo sea mínimo se necesitan buenos reflejos y éstos dependen de la edad, del estado físico del conductor y de los posibles fármacos o drogas (alcohol, etc.) que haya ingerido. Vamos a calcular el TR en una situación no relacionada con el tráfico:  Pide a un amigo que sostenga una regla tal como se indica en la figura y que la deje caer sin avisarte. Sitúa tus dedos sobre el cero y cuando veas que la suelta, cierra los dedos sobre ella.  Anota la distancia que ha caído la regla. Vendrá indicada por la división que se encuentre debajo de tus dedos. Repítelo varias veces (3-4) y halla la distancia media con la calculadora. Halla tu tiempo de reacción aplicando la fórmula que figura en la gráfica. Repite el experimento con otras personas de diferentes edades (padres y madres/ abuelos/as), para ver si el tiempo de reacción está relacionado con la edad.