40. Una mezcla es la reunión de diferentes tipos de sustancias puras, que denominamos
componentes de la mezcla. Si la mezcla presenta un aspecto poco o nada uniforme a simple vista o con microscopio, será heterogénea y podríamos diferenciarla de una homogénea, donde no apreciaríamos los componentes que la forman. Las mezclas homogéneas también se denominan soluciones.
Para acceder a diferenciar si una sustancia pura es un compuesto o elemento, tendría- mos que poder acceder a la escala atómica y molecular. Habitualmente ensayaríamos toda una serie de propiedades físicas y reacciones químicas para averiguarlo. Hay técnicas analíticas, como la espectroscopia de masas o la cromatografía de gases, que permiten saber si una muestra es un compuesto o un elemento, sin tener que hacer ninguna otra prueba.
41. Por densidad absoluta entendemos una propiedad de la materia que expresa el co-
ciente entre la masa y el volumen que ocupa. Se expresa en g/cm3, kg/m3, etc. La densidad relativa es el cociente entre la densidad absoluta de una sustancia y la
densidad absoluta de una sustancia de referencia, medidas en las mismas condicio- nes de presión y temperatura. Para líquidos y sólidos, se acostumbra a tomar como referencia el agua. Se trata de una medida adimensional.
El índice de refracción de una sustancia transparente resulta del cociente entre la
velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz cuando se está propagando por aquel medio material. Da información sobre el cambio de velocidad y de trayectoria que puede experimentar un rayo de luz al pasar de un medio de propagación a otro. Por ejemplo, los índices de refracción de muchos tipos de vidrio tienen un valor en torno a 1,5; y el índice de refracción del agua es de1,3.
La solubilidad es una propiedad característica que nos indica los gramos de soluto
que hay que disolver en cien gramos de disolvente para llegar a la saturación. La solubilidad depende de la temperatura.
42. a) Fórmula molecu- lar Densidad g/cm3 Solubili- dad en agua Temp. ebullición /°C Temp. fusión /°C Inflama- ble Toxicidad Bence-
no C6H6 0,879 escasaMuy 80,1 5,5 Extrema-damente
Muy tóxico Canceríge-
no
Tolueno C7H8 0,866 Insoluble 111 –95 Mucho Muy tóxico
Los podríamos separar y recuperar por destilación fraccionada, a causa de la relativa proximidad de sus temperaturas de ebullición.
b) Las podríamos separar y recuperar por destilación simple. El vapor de agua lo ha-
ríamos pasar por el refrigerante y, al condensarse, lo podríamos recoger y reservar. En el matraz, tendríamos la sacarosa sólida.
c) Primero haríamos una extracción líquido-líquido entre la solución propuesta y el te-
tracloruro de carbono. Después de agitar fuertemente el embudo de decantación, y de dejarlo reposar, conseguiríamos enriquecer el tetracloruro de carbono con yodo. Lo recuperaríamos y lo reservaríamos. Añadiríamos más tetracloruro de carbono para repetir la extracción, procediendo como antes. Evaporaríamos suavemente el tetracloruro de carbono y precipitaría el yodo, que podríamos recoger. Finalmente, la fase acuosa con cloruro de sodio la someteríamos a destilación simple. El agua, al evaporarse, pasaría por un refrigerador de serpentina, condensaría y lo iríamos recogiendo y reservando. En el matraz quedaría el cloruro de sodio sólido.
43. Se utiliza un embudo de decantación para poder separar dos o más sustancias líquidas
inmiscibles o hacer extracciones líquido-líquido. Son de vidrio, y del cuerpo principal esférico nacen dos conductos situados cada uno en un extremo: uno, que puede ser tapado, sirve para añadir los líquidos y liberar vapores que aparezcan al agitar; y el otro, más estrecho y con llave de paso, permite separar por gravedad las diferentes fases que aparecen en el cuerpo principal al dejar reposar.
44. Composición centesimal, punto de fusión, punto de ebullición, densidad, solubilidad. 45. Se utiliza la destilación simple cuando los compuestos que queremos separar de una
solución líquida tienen puntos de ebullición suficientemente diferentes, por ejemplo, separar agua salada en sus componentes.
Si los líquidos tienen puntos de ebullición parecidos, se hace necesario aplicar la desti- lación fraccionada. El vapor que asciende por la columna de fraccionamiento, mezcla de los dos compuestos, experimenta muchas condensaciones y vaporizaciones, y enri- quece el componente más volátil. Después de un cierto tiempo, el más volátil sale antes de la columna y, al condensarse en el refrigerante, se puede recoger y separar.
46. Fórmula molecular Densi- dad g/cm3 Solubi- lidad en agua Temp. ebulli- ción/ °C Infla- mable Toxicidad
Metanol CH3OH 0,791 Miscible 65 Mucho
Venenoso y nocivo, incluso por
contacto con la piel
Se podrían separar por destilación fraccionada, a causa de los puntos de ebullición relativamente cercanos del agua y del metanol.
47. En su estructura cristalina, las diferentes partículas, átomos, iones o moléculas, ocu-
pan unas posiciones definidas y precisas que, en presencia de contaminantes, pueden incluso impedir su cristalización correcta. Por lo tanto, un cristal se considera garantía de pureza. Ahora bien, si la cristalización es demasiado rápida o se cristaliza un gran volumen de material, hay que tener presente que pueden quedar cavidades cerradas en el interior de la masa del cristal que contengan impurezas o que, en la superficie del cristal, también queden retenidas. En estos casos, podemos reducir mucho la
n (O2) = 1,01 10 5Pa×2,1 10-4 m3 8,31 J K 1mol 1 293K = 8,71 × 10 −3 mol O2 N (O2) = 8,71 × 10−3 mol O2 × 6,022 × 10 23 moléculas 1 mol O2 = = 5,25 × 1021 moléculas de O 2
separaCión de Los Componentes de Una mezCLa
40. Una mezcla es la reunión de diferentes tipos de sustancias puras, que denominamos
componentes de la mezcla. Si la mezcla presenta un aspecto poco o nada uniforme a simple vista o con microscopio, será heterogénea y podríamos diferenciarla de una homogénea, donde no apreciaríamos los componentes que la forman. Las mezclas homogéneas también se denominan soluciones.
Para acceder a diferenciar si una sustancia pura es un compuesto o elemento, tendría- mos que poder acceder a la escala atómica y molecular. Habitualmente ensayaríamos toda una serie de propiedades físicas y reacciones químicas para averiguarlo. Hay técnicas analíticas, como la espectroscopia de masas o la cromatografía de gases, que permiten saber si una muestra es un compuesto o un elemento, sin tener que hacer ninguna otra prueba.
41. Por densidad absoluta entendemos una propiedad de la materia que expresa el co-
ciente entre la masa y el volumen que ocupa. Se expresa en g/cm3, kg/m3, etc. La densidad relativa es el cociente entre la densidad absoluta de una sustancia y la
densidad absoluta de una sustancia de referencia, medidas en las mismas condicio- nes de presión y temperatura. Para líquidos y sólidos, se acostumbra a tomar como referencia el agua. Se trata de una medida adimensional.
El índice de refracción de una sustancia transparente resulta del cociente entre la
velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz cuando se está propagando por aquel medio material. Da información sobre el cambio de velocidad y de trayectoria que puede experimentar un rayo de luz al pasar de un medio de propagación a otro. Por ejemplo, los índices de refracción de muchos tipos de vidrio tienen un valor en torno a 1,5; y el índice de refracción del agua es de1,3.
La solubilidad es una propiedad característica que nos indica los gramos de soluto
que hay que disolver en cien gramos de disolvente para llegar a la saturación. La solubilidad depende de la temperatura.
42. a) Fórmula molecu- lar Densidad g/cm3 Solubili- dad en agua Temp. ebullición /°C Temp. fusión /°C Inflama- ble Toxicidad Bence-
no C6H6 0,879 escasaMuy 80,1 5,5 Extrema-damente
Muy tóxico Canceríge-
no
Tolueno C7H8 0,866 Insoluble 111 –95 Mucho Muy tóxico
Los podríamos separar y recuperar por destilación fraccionada, a causa de la relativa proximidad de sus temperaturas de ebullición.
48. Primero separaríamos las limaduras con un imán. Después añadiríamos agua desti-
lada a la mezcla de sulfato de bario y sal. Agitaríamos y la sal quedaría disuelta, pero el sulfato de bario no, porque es insoluble en agua. La suspensión resultante la filtra- ríamos sobre papel con un embudo de Büchner. Sobre el papel de filtro quedaría el sulfato de bario. En el kitasato recogeríamos la solución de agua con sal. Finalmente, por evaporación, recuperaríamos la sal sólida.
49. Utilizaríamos un embudo de decantación para separar la gasolina del agua. Introdu-
ciríamos la mezcla y agitaríamos. Al dejarla reposar, la fase superior correspondería al componente menos denso de la mezcla, en este caso la gasolina, y la fase inferior sería la acuosa. Abriendo la llave, podríamos separar las dos fases y fijarnos en su diferente coloración.
50. Por destilación fraccionada. Como el agua y el alcohol del vino son compuestos de
puntos de ebullición próximos, se hace necesario utilizar esta técnica. El vapor que sube por la columna de fraccionamiento, mezcla de los dos compuestos, experimenta condensación al enfriarse sobre la superficie de los numerosos anillos de vidrio. Pero nuevos vapores procedentes del matraz calientan este líquido condensado, que vuelve a vaporizarse, asciende y se condensa, otra vez, pero ahora más arriba de la columna. Cada vez que tiene lugar una vaporización, el vapor se enriquece en etanol, que es el componente más volátil. Análogamente, cada vez que tiene lugar una condensación, el líquido queda enriquecido en el componente menos volátil, el agua. Después de un cierto tiempo, el componente más volátil sale por la parte alta de la columna y, al condensarse en el refrigerante, se puede recoger y separar. Mientras el termómetro indique 77-78 ºC, se va recogiendo etanol. Cuando la temperatura comience a subir, debe detenerse la destilación.
51. Son físicos, porque no intervienen en ellos reacciones químicas ni deben alterarse
los componentes de las mezclas.
52. Por determinación directa, ya sea midiendo su masa en una balanza y su volumen o
por desplazamiento de un líquido adecuado, en una probeta. Idealmente, si el sóli- do es regular, se podría calcular su volumen midiendo sus dimensiones y aplicando la fórmula correspondiente. También podríamos determinar la densidad del sólido aplicando el principio de Arquímedes.
53. Habría que tener en cuenta que fuesen sustancias con solubilidades suficientemente
distintas a aquella temperatura. Además, habría que vigilar las posibles oclusiones que pudiesen quedar en el interior de los cristales respectivos y que retuvieran impu- rezas de otra sustancia o del mismo disolvente. También los cristales podrían retener impurezas por adsorción. Por lo tanto, habría que efectuar recristalizaciones sucesi- vas hasta poder separar las dos sustancias con garantía de pureza suficiente.