Métodos De Separación De Mezclas

Métodos De Separación De Mezclas

La destilación es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla. Una forma de destilación, conocida desde la antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla fermentada. El aparato utilizado para la destilación es el alambique, que consta de un recipiente donde se almacena la mezcla, a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena este líquido concentrado. En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas. Una forma de clasificar la destilación puede ser la de que sea discontinua o continua.

La decantación es un proceso físico de separación de mezcla especial para separar mezclas heterogéneas, estas pueden ser exclusivamente líquido - líquido ó sólido - líquido. Consiste en dejar reposar la mezcla hasta que por acción gravitatoria y por diferencia de densidades uno de los componentes de la mezcla se separe de ésta.

La cristalización es el proceso por el cual se forma y crece un sólido cristalino a partir de un gas o un líquido o una disolución. La cristalización es un proceso empleado frecuentemente en química a la hora de purificar una sustancia sólida

La filtración es el proceso mecánico por el cual se pueden separar mezclas de un sólido insoluble en un líquido; la separación se logra al dejar pasar el líquido a través de un material poroso, denominado filtro, el cual contiene como función retener el sólido. Los filtros más comunes son: papel filtro, fibra de asbesto, algodón, fibra de vidrio, fibras vegetales, redes metálicas, plásticas o cerámicas.

El tamizado y la sedimentación son métodos de tratamiento que preceden útilmente a la filtración para reducir la cantidad de sólidos en suspensión que entran en la fase de filtración. Esto aumenta el período en el cual el filtro puede operar antes de que necesite limpieza y sustitución. Echar el agua a través de un paño de algodón limpio eliminará una cierta cantidad de sólidos en suspensión o turbidez. Se han construido telas de filtro de monofilamento especial para uso en las zonas en las que prevalece la enfermedad del nematodo de Guinea. Las telas filtran los copépodos que son los huéspedes intermedios de las larvas del nematodo de Guineae.

La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza de mayor intensidad que la gravedad, provocando la sedimentación del sólido o de las partículas de mayor densidad. La centrifugación es el método usado para separar el plasma de la sangre, para la fabricación de azúcar, separación de sustancias sólidas de la leche y en análisis químicos de laboratorio (sangre y orina).

La cromatografía engloba a un conjunto de técnicas de análisis basadas en la separación de los componentes de una mezcla y su posterior detección. Las técnicas cromatográficas son muy variadas, pero en todas ellas hay unafase móvil que consiste en un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido. Los componentes de la mezcla interaccionan de distinta forma con la fase estacionaria y con la fase móvil. De este modo, los componentes atraviesan la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando. Después de haber pasado los componentes por la fase estacionaria y haberse separado pasan por un detector que genera una señal que puede depender de la concentración y del tipo de compuesto.

La evaporación es el proceso físico por el cual átomos o moléculas en estado líquido pasa al estado gaseoso, por haber tomado energía suficiente para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, éste es un proceso paulatino, y no es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. La evaporación es un fenómeno importante e indispensable en el ciclo de la vida. El más conocido: el del agua, que se transforma en nube y vuelve en forma de lluvia, nieve o rocío, necesita esta etapa. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido calentándose, una fracción de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual depende de la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación.

La sublimación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia gaseosa al estado sólido, sin pasar por el estado líquido. Antiguamente también se llamaba de la misma forma al proceso inverso, la volatilización. Un ejemplo clásico es el hielo seco.

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Sustancias puras y mezclas

¿Que es una sustancia pura?

Las sustancias puras son aquellas que están formadas formadas por un solo componente y se presenta en forma homogénea, es decir, en ellas solo se distinguen una fase o estado de agregación de la materia. ñas sustancias puras pueden ser elementos o compuestos. si el componente que forma la sustancia pura es un único elemento entonces el grado de pureza es mayor. Por ejemplo, el agua es una sustancia pura, sin embargo la misma esta constituida por dos elementos: hidrógeno y oxigeno. en cambio, el diamante esta compuesto exclusivamente de un elemento: carbono.

¿Que es una mezcla?

Si observamos con determinado al nuestro alrededor nos daremos cuenta que en la mayoría de la materia que lo conforman esta presente mezclas. Podemos decir que la mezcla como las posibles combinaciones entre sustancias puras en proporciones variables y composiciones diferentes. existen dos tipos de mezclas: homogénea y heterogénea.


Mezclas homogéneas son aquellas en las que los componentes de la mezcla no son identificables a simple vista. Una mezcla homogénea importante de nuestro planeta es el aire. El aire está formado por varios componentes como:

• Oxígeno: elemento O

• Nitrógeno: elemento N

• Dióxido de carbono: compuesto CO₂

• Vapor de agua

• Otros gases en menor cantidad

Entre las mezclas homogéneas se distingue un tipo especial denominado disolución o solución. Al componente que se encuentra en mayor cantidad se le denomina solvente o disolvente y al que se encuentra en menor cantidad, absoluto.

Una mezcla heterogénea es aquella que posee una composición no uniforme en la cual se pueden distinguir a simple vista sus componentes y está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse mecánicamente. Por ejemplo: las ensaladas o la sal mezclada con arena.

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Ley De Charles y Gay-Lussac

Ley De Charles y Gay-Lussac

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La Ley de Charles y Gay-Lussac, o simplemente Ley de Charles, es una de las leyes de los gases.
Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante,
mediante una constante de proporcionalidad directa.

En esta ley, Jacques Charles dice que para una cierta cantidad de gas a una presión constante, al aumentar la
temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se
debe a que la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética (debido al movimiento) de las
moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión dada, a mayor velocidad de las moléculas
(temperatura), mayor volumen del gas.

La ley fue publicada primero por Gay Lussac en 1803, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques
 Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación
había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702.

Por otro lado, Gay-Lussac relacionó la presión y la temperatura como magnitudes directamente
 proporcionales en la llamada "La segunda ley de Gay-Lussac".

Volumen sobre temperatura: Kelvin

• V es el volumen.

• T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin).

• k₂ es la constante de proporcionalidad.

= Volumen inicial
= Temperatura inicial
= Volumen final
= Temperatura final

o también:

donde:

Además puede expresarse como:

donde:

Despejando T₁ se obtiene:

Despejando T₂ se obtiene:

Despejando V₁ es igual a:

Despejando V₂ se obtiene:

Un buen experimento para demostrar esta ley es el de calentar una lata con un poco de agua, al hervir
 el agua se sumerge en agua fría y su volumen cambia.

Animación: presión y masa constantes

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Ley de Boyle-Mariotte

Ley de Boyle-Mariotte

Históricamente hablando, se puede afirmar que los gases fueron las primeras sustancia que permitieron la formulación de leyes sencillas para explicar sus propiedad y comportamiento al ser sometidos a diversas variaciones de presión, volumen o de temperatura.
Unos de los pioneros de la experimentación con gases fue el químico ingles Robert Boyle, quien en 1660, y al mismo tiempo que Edme Mariotte, trabajando independientemente uno del otro descubrió la relación entre la presión y la temperatura. Tras una serie de trabajos tratando de hallar alguna relación entre el volumen y la presión de un gas manteniendo la temperatura constante, Boyle llego a las siguientes conclusiones:
Al duplicar la presión de una masa de gas enserada en un cilindro en un embolo, el volumen se producía a la mitad, mientras que si se ejercía una presión tres veces mayor, el volumen disminuía a una tercera parte del valor original, y ha si sucesivamente.
Boyle resumio sus resultados en la ley que lleva su nombre: el volumen de una determinada masa de gas, a temperatura constante, es imversamente proporcinal a la precion de ese gas.

donde  es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante  para poder hacer uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

donde:

Además si despejamos cualquier incógnita se obtiene lo siguiente:

Esta ley es una simplificación de la ley de los gases ideales o perfecto particularizada para procesos isotérmicos de una cierta masa de gas constante.

Junto con la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac, la ley de Avogadro y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres primeras leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases.

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Funciones de estado

Funciones de estado

En termodinámica, una función de estado o variable de estado es una magnitud física microscópica que caracteriza el estado de un sistema en equilibrio. Dado un sistema termodinámico en equilibrio puede escogerse un número finito de variables de estado, tal que sus valores determinan únicamente el estado del sistema.

El valor de una función de estado sólo depende del estado termodinámico actual en que se encuentre el sistema, sin importar cómo llegó a él. Esto significa que si, en un instante dado, tenemos dos sistemas termodinámicos en equilibrio con n grados de libertad y medimos un mismo valor de n funciones de estado independientes, cualquier otra función de estado tendrá el mismo valor en ambos sistemas con independencia del valor de las variables en instantes anteriores. En general, los sistemas fuera del equilibrio no pueden ser representados por un número finito de grados de libertad, y su descripción es mucho más compleja.

• La masa: se medirá en moles debido al tamaño extremadamente pequeño de las moléculas (n=numero de                          

moles).

• El volumen: sera el volumen de recipiente que contiene a la sustancia gaseosa. se expresa por litro (1), mililitros (ml) o en centímetros cúbicos (cm3).
• La temperatura: es la medida del nivel de calor o frío de los cuerpos. Se emplean la escala de Kelvin o escala de temperatura absoluta , celsius o sentigrada y la de Fahrenheit. La.La equivalencia entre una y otras se logran a traves siguiente expresiones :

1. F=32+9/5 c
2. c=(F-32)5/9
3. T(k)=c=273
4. T(k)=(-32)5/9+273.16

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Propiedades de los gases

Propiedades de los gases

El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias mucho mayores del tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas(V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n).

Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:

Recipentes de gas.

1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.

2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.

3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.

4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

Variables que afectan el comportamiento de los gases

1. PRESIÓN

Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.

La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.

2. TEMPERATURA

Volumen de un gas.

Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.

La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.

3. CANTIDAD

La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.

4. VOLUMEN

Es el espacio ocupado por un cuerpo.

5. DENSIDAD

Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.

Gas Real

Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si latemperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales.

Concepto de Gas Ideal y diferencia entre Gas Ideal y Real.

Los Gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellas que no se les llama gases reales, o sea, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros.

1. - Un gas esta formado por partículas llamadas moléculas. Dependiendo del gas, cada molécula esta formada por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, consideramos que todas sus moléculas son idénticas.

2. - Las moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen las leyes de Newton del movimiento. Las moléculas se mueven en todas direcciones y a velocidades diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica newtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico. Como para todas nuestras suposiciones, esta mantendrá o desechara, dependiendo de sí los hechos experimentales indican o no que nuestras predicciones son correctas.

3. - El numero total de moléculas es grande. La dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de las moléculas puede cambiar bruscamente en los choques con las paredes o con otras moléculas. Cualquiera de las moléculas en particular, seguirá una trayectoria de zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moléculas, suponemos que el gran numero de choques resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio.

4. - El volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas, son extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el gas comprimido hasta dejarlo en forma líquida puede ser miles de veces menor. Por ejemplo, un gas natural puede licuarse y reducir en 600 veces su volumen.

5. - No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques. En el grado de que esto sea cierto, una molécula se moverá con velocidad uniformemente los choques. Como hemos supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas. De aquí que supongamos que el alcance de las fuerzas moleculares es comparable al tamaño molecular.

6. - Los choques son elásticos y de duración despreciable. En los choques entre las moléculas con las paredes del recipiente se conserva el ímpetu y (suponemos)la energía cinética. Debido a que el tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que transcurre entre el choque de moléculas, la energía cinética que se convierte en energía potencial durante el choque, queda disponible de nuevo como energía cinética, después de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.

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