UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas Guías de Prácticas de Laboratorio Identificación: GL-AA-F-1 Número de Páginas: 19 Revisión No.: 1 Fecha Emisión: 2011/08/31 Laboratorio de: Química General para Ingeniería Título de la Práctica de Laboratorio: Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas Elaborado por: Revisado por: Aprobado por: Gema Acosta, M. Sc. Comité asesor Departamento de Química Comité asesor Departamento de Química Página 1 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas Control de Cambios Razones del Cambio Cambio a la Revisión # Fecha de emisión Página 2 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Facultad de Ciencias Básicas y Aplicadas 2. PROGRAMA: Ingeniería Civil, Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Industrial, Ingeniería de Multimedia e Ingeniería de Telecomunicaciones 3. ASIGNATURA: Química General 4. SEMESTRE: II 5. OBJETIVOS: 5.1. OBJETIVO GENERAL Diferenciar e identificar propiedades físicas y químicas de las sustancias y aprender a utilizar métodos de separación de mezclas. 5.2.      OBJETIVOS ESPECÍFICOS Estudiar los conceptos de elementos, compuestos y mezclas. Identificar los cambios químicos y físicos de la materia. Reconocer y diferenciar entre propiedades físicas y químicas. Identificar las propiedades intensivas y extensivas de la materia. Familiarizarse con el concepto de mezcla y diferenciar entre mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas Realizar separación de mezclas por medio de las siguientes técnicas: Imantación, Filtración, Decantación y Evaporación. Adquirir habilidades para el uso de materiales, de técnicas y reactivos en el laboratorio. Identificar y usar los implementos de seguridad en el laboratorio que permitan desarrollar la práctica de manera segura.    6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR:     Diferencia cambios físicos de cambios químicos. Reconoce y diferencia los conceptos de elemento, compuesto y mezcla. Conoce algunas técnicas para separación de mezclas como: decantación, filtración, centrifugación, evaporación e imantación Adquiere habilidades para el uso de materiales y reactivos en el laboratorio. Página 3 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 7. MARCO TEÓRICO: Cambios físicos y químicos. Las características que nos permiten distinguir una substancia de otra se llaman propiedades. Una propiedad física es una característica de la materia que no está asociada a un cambio en su composición química. Durante los cambios físicos una sustancia varía en apariencia física, pero no en su composición. La evaporación del agua es un cambio físico. Cuando el agua se evapora, cambia del estado líquido al gaseoso, pero su composición no se altera; sigue siendo agua, H2O. Todos los cambios de estado son cambios físicos. Las características de la materia que están asociadas un cambio en su composición química se denominan propiedades químicas. En los cambios químicos, también llamados reacciones químicas, una sustancia se transforma en otra químicamente diferente, por ejemplo al quemarse un papel, ocurre una reacción química y se convierte en sustancias totalmente diferentes. El humo que se observa contiene CO2 y H2O ambos en estado gaseoso. Cada vez que observamos cambios químicos, estos son drásticos, produciendo por ejemplo: desprendimiento de gases, formación de precipitado, cambio de color, desprendimiento o absorción de energía en forma de calor, se puede decir que las características generales de las sustancias transformadas son totalmente diferentes. Clasificación de la Materia: La química es una ciencia experimental que depende de su exactitud de la observación y medidas de la materia. La clasificación de la materia es consecuente, basada en la observación de las propiedades. Toda la materia puede ser clasificada como sustancia pura o mezcla. o o Una sustancia pura tiene propiedades definidas y una composición que no varía de una muestra a otra. Las sustancias puras pueden ser elementos (aquellos que no pueden descomponerse en sustancias más simples) o compuestos (que contienen dos o más elementos). Una mezcla está conformada por dos o más sustancias puras, las cuales conservan su propia identidad química y sus propiedades. A diferencia de una sustancia pura, la mezcla no tiene una composición fija; la composición de una mezcla puede variar. Tipo de Mezclas A su vez, las mezclas pueden clasificarse como heterogéneas u homogéneas. Página 4 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas Mezcla Heterogénea: Es aquella cuya composición, propiedades y apariencia no es la misma en todos sus puntos. La mayoría de materiales que encontramos cada día son de este tipo: comida, ropa, madera, cemento, son algunos ejemplos para mezclas heterogéneas. Mezcla Homogénea: Es aquella cuya composición propiedades y apariencia es uniforme en todos sus puntos. Las mezclas homogéneas son generalmente llamadas soluciones, ya sean sólidas, líquidas o gaseosas. Las diferentes sustancias puras de una solución pueden ser separadas sin ningún cambio químico. El agua de mar es un ejemplo de mezcla homogénea. La sal está disuelta en el agua y puede ser recuperada evaporando el agua. Algunas de las técnicas de separación de mezclas son las siguientes:  Centrifugación  Decantación  Disolución  Evaporación  Imantación  Filtración Decantación y Filtración Si en una reacción química se forma un precipitado y esta tiende a acumularse en el fondo del recipiente rápidamente, el líquido puede separarse del sólido vertiendo con cuidado el líquido en otro recipiente, este tipo de separación recibe el nombre de decantación (Fig 1. a). Si el precipitado permanece suspendido en el líquido y se deposita muy lentamente en el fondo del recipiente, la separación se puede llevar a cabo vertiendo la mezcla sobre un papel de filtro (Fig 1. b y c), el cual deja pasar el líquido y no el sólido. El líquido separado se llama filtrado y el sólido que permanece en el papel de filtro se llama residuo. Página 5 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas (b) (a) (c) Fig 1. Separación de una mezcla: a) Decantación, b) Forma correcta de transferir y separar una mezcla, c) Filtración Propiedades intensivas y extensivas Cualquier muestra de material tiene un grupo de características o propiedades por las cuales puede ser descrita. Las propiedades de las sustancias o de las mezclas pueden ser clasificadas ya sea como intensivas o como extensivas. Fig 2. Mezcla de azufre – hierro con efecto de un imán   Propiedades intensivas son aquellas comunes a todas las muestras de la misma clase de materia y son aquellas que son independientes de la cantidad de muestra; por ejemplo, todas las muestras de cobre, largas o cortas, poseen propiedades comunes: el mismo color, la misma densidad, la misma alta conductividad eléctrica. Propiedades extensivas son aquellas propiedades que son dependientes de la cantidad de muestra como por ejemplo la masa, la longitud, la inercia, el volumen y el calor. Página 6 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE EQUIPOS: 8.1. Materiales, reactivos y equipos                8.2.    MATERIALES 6 Tubos de ensayo 1 Gradilla 1 Pipeta de 5 mL 1 Pipeteador 1 Embudo de vidrio 1 Cápsula de porcelana 2 Vasos de precipitados de 100 mL 1 Erlenmeyer de 250 mL. 1 Agitador de vidrio 1 Papel de filtro 1 Imán 1 Embudo de decantación 1 Espátula 1 Pinzas para crisol 1 Pinzas para tubo de ensayo O REACTIVOS Y EQUIPOS           Arena Magnesio en polvo Cloruro de sodio Hierro en polvo Azufre HCl (Diluido) Cloruro de bario (disolución) Na2SO4 (disolución) Centrífuga Plancha de calentamiento Implementos de Protección Personal Bata de laboratorio Gafas de seguridad Guantes de nitrilo 9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR : 9.1. Descripción y Precauciones con los reactivos por utilizar y/o primeros auxilios Antes de realizar la práctica consulte información solicitada acerca de los reactivos químicos con los que desarrollará la práctica: Página 7 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas Nombre Fórmula y Descripción Precauciones (R) y (S) Primeros Auxilios Pictogramas Arena Magnesio polvo Cloruro de Sodio Hierro polvo Azufre Página 8 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas Nombre Fórmula y Descripción Precauciones (R) y (S) Primeros Auxilios Pictogramas Ácido clorhídrico Cloruro de bario Sulfato de sodio Registre las Referencias bibliográficas empleadas (Obligatorio en el Pre-informe): 10. CAMPO DE APLICACIÓN: Química Página 9 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 11. PROCEDIMIENTO, MÉTODO O ACTIVIDADES: 11.1. Estudio de solubilidad Rotular 3 tubos de ensayo como arena, sal y magnesio En cada uno adicionar una pequeña cantidad de lo que corresponda Observar y describir la muestra en el cuaderno de laboratorio Observar y describir si cada una de las muestras se solubiliza en agua Agitar cada tubo por 1 minuto Adicionar con una pipeta Pasteur 2 mL de agua destilada a cada muestra Llevar los tubos a baño de maría por 3 min Anotar la temperatura del baño Observar y describir si hay algún cambio de solubilidad Observar y describir si hay algún cambio de solubilidad A cada muestra no soluble en agua, adicionar 1 mL de HCl 6M gota a gota Página 10 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 11.2. Separación de una mezcla Con ayuda del profesor, armar el montaje de filtración Ubicar una cápsula de porcelana para recibir el filtrado. Tomar una pequeña cantidad (1g) de una mezcla en proporciones iguales de arena, NaCl y magnesio Añadir HCl 6M sobre el papel de filtro, gota a gota hasta fin de la reacción con Mg Adicionar aproximadamente 5 mL de agua destilada caliente Colocar la mezcla sobre el papel de filtro situado en el embudo Observar y describir El filtrado recogido en la cápsula de porcelana que contiene la mezcla de NaCl y agua Llevar la cápsula a una plancha de calentamiento hasta sequedad Observar y describir Página 11 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 11.3. Propiedad física Observar las muestras de hierro y azufre. Registrar propiedades físicas (Fig 2.) 11.4. Mezclar una pequeña cantidad de hierro y azufre en polvo en una hoja de papel Formación de precipitado Adicionar al mismo tubo 1 mL de Na2SO4 0,1M. Observar y registrar Agregar en un tubo de centrífuga 1 mL de una solución de BaCl2·2H2O 0,1 M Sacar el tubo de la centrífuga. Observar y registrar Escribir la reacción química 11.5. Pasar un imán por debajo de la hoja. Describir todo lo observado Ubicar el tubo en la centrífuga, nivelando la posición de enfrente con un tubo de agua que contenga el mismo volumen Encender la centrífuga a 3000 rpm por 3 min Separación de líquidos inmiscibles Mezclar en un vaso de precipitados 25 mL de agua y 10 mL de aceite. Sin agitar Transferir a un embudo de decantación y dejar reposar sin tapa por 20 min, hasta que se formen dos capas Abrir la llave del embudo y recoger la fase más densa en un vaso de precipitados. Y retirar la de menor densidad por la parte superior Observar y registrar Página 12 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 12. RESULTADOS ESPERADOS: Se espera que el estudiante pueda reconocer algunas propiedades físicas y químicas de diferentes elementos y compuestos. En el estudio de solubilidad el estudiante debe observar las diferencias de solubilidad entre las sustancias que se le presentan, lo que permitirá que estas sustancias se separen en la segunda parte, separación de mezclas. En la tercera parte, se estudiará la separación de otra mezcla, basándose en otra propiedad, el magnetismo del hierro. En la cuarta parte ocurre una reacción en cantidades equimolares de cloruro de bario y sulfato de sodio para formar una sal que es insoluble en agua y puede separarse por centrifugación. Por último, la separación de líquidos inmiscibles busca ilustrar cómo separar una mezcla de dos líquidos, obteniéndose agua y aceite de forma separada. 13. CRITERIO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA: Esta práctica se evaluará con la entrega del informe en el formato adjunto. Asimismo, el docente evaluará el preinforme correspondiente, realizado en el cuaderno de laboratorio, que debe incluir el procedimiento, un mapa conceptual del marco teórico, unas fichas de seguridad cortas, así como también los datos obtenidos de la práctica. El docente estará en libertad de realizar un quiz o evaluación corta antes de empezar la práctica, acerca del contenido de esta guía de laboratorio. 14. BIBLIOGRAFÍA:      Acosta Niño, G.E., 2010. Manual de Laboratorio de Química General, 2ª Edición, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, 283 p Delgado Ortiz, S.E., Solís Trinta, L.N., Muñoz Solá, Y., 2012. Laboratorio de Química General, McGraw-Hill, México, 380 p. Chang, R., Goldsby, K.A., 2013. Química, 11ª Edición. McGraw-Hill, México, 1085 p. Whitten, K.W., Davis,R.E., Peck, M.L., Stanley, G.G. 2011. Química, 8ª Edición, Cengage Learning, México, 1176 p Brown, T.L., LeMay H.E., Bursten, B.E., Murphy C.J., Woodward P., 2009 Química la Ciencia Central, 11ª Edición, Pearson Education, México, 1240 p Página 13 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas INFORME N° 1 Nombres y Códigos Grupo de Laboratorio No: 1. TÍTULO 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General 2.2 Objetivos Específicos 3. DATOS DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO (valor 1 punto) 3.1 Separación de Mezclas. SUSTANCIA DESCRIPCIÓN SOLUBILIDAD H2O FRÍA SOLUBILIDAD H2O CALIENTE REACTIVIDAD CON HCl ARENA SAL MAGNESIO Página 14 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 3.2 Diferenciación entre propiedad física y propiedad química. Para lo cual complete el siguiente cuadro: SUSTANCIA MAGNESIO PROPIEDADES FÍSICAS OBSERVABLES Metal de color gris brillante, rígido, altamente inflamable, su llama es intensa; no presenta propiedades ferromagnéticas. Es poco duro y de baja densidad. Solubilidad en agua Reactividad No soluble Con ácido Clorhídrico COBRE AZUFRE HIERRO Página 15 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 4. RESULTADOS (Valor 1 punto) 4.1. Complete la siguiente tabla con las ecuaciones de las reacciones presentadas: REACTIVOS 4.2. PRODUCTOS Mg + HCl → + Fe + S8 → + BaCl2 + Na2SO4 → + Con las observaciones de su cuaderno complete la siguiente Tabla de resultados: MEZCLA PROPIEDAD Física o química PROCESO* TIPO DE MEZCLA Homogénea o heterogénea Cloruro de Sodio + Agua Cloruro de Sodio + Agua (calentamiento hasta sequedad) Arena + Agua Magnesio + Agua Magnesio + Ácido Clorhídrico Hierro + Azufre (sometido a imantación) Página 16 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas MEZCLA PROPIEDAD Física o química PROCESO* TIPO DE MEZCLA Homogénea o heterogénea Hierro + Azufre + Calentamiento (consulta) Cloruro de bario + Sulfato de Sodio Cloruro de bario + sulfato de sodio (sometido a centrifugación) Aceite + Agua *Proceso: Se debe referenciar el proceso de separación, ej. Destilación, decantación, etc. 5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS (Valor 2 puntos) Página 17 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas Página 18 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Práctica N° 1: Propiedades Físicas y Químicas y Separación de Mezclas 6. CONCLUSIONES (Valor 1 punto) 7. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA (obligatorio) Página 19 de 19 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor GL-PS-F-1