Encuentro 4 Curso Materiales Y Mezclas

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“Materiales y Mezclas”

ENCUENTRO 4

Objetivos: • Distinguir diferentes tipos de mezclas a partir del trabajo experimental • Reconocer y aplicar diferentes métodos que permitan separar los componentes de una mezcla • Construir un marco teórico referencial respecto de las características de los materiales y las mezclas. • Reflexionar a la luz del DC sobre las situaciones de enseñanza y los modos de conocer involucrados 1º momento. Recuperación conceptual a partir de las actividades del encuentro 3. Puesta en común. (Tiempo aproximado 40 minutos). Los métodos de fraccionamiento Existen diversos métodos que permiten separar las sustancias puras que constituyen un sistema homogéneo. Ellos son: la destilación simple y fraccionada, la cristalización, la cromatografía y la electroforesis. Cromatografía: La cromatografía es una técnica utilizada para separar sustancias, basada en la distinta velocidad con que son arrastradas por un solvente en un medio poroso En 1906 Tswett definió la cromatografía como: Método en el cual los componentes de una mezcla son separados en una columna adsorbente dentro de un sistema fluyente. Recientemente la I.U.P.A.C define la cromatografía de forma más amplia como: Método usado principalmente para la separación de los componentes de una muestra, en el cual los componentes son distribuidos entre dos fases, una de las cuales es estacionaria, mientras que la otra es móvil. La fase estacionaria puede ser un sólido o un líquido soportado en un sólido o en un gel (matriz). La fase estacionaria puede ser empaquetada en una columna, extendida en una capa, distribuida como una película, etc. Se utiliza el término general de lecho para definir las distintas formas en que puede encontrarse la fase estacionaria. Las separaciones cromatográficas se consiguen mediante la distribución de los componentes de una mezcla entre la fase fija y la fase móvil. La separación entre dos sustancias empieza cuando una es retenida más fuertemente por la fase estacionaria que la otra, que tiende a desplazarse más rápidamente en la fase móvil Las técnicas cromatográficas son muy variadas, pero en todas ellas hay una fase 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 en distinta forma con la fase estacionaria. De este modo, los componentes atraviesan la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando. Después de que los componentes hayan pasado por la fase estacionaria, separándose, pasan por un detector que genera una señal que puede depender de la concentración y del tipo de compuesto. 1

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Para poder medir el desplazamiento alcanzado por cada componente del sistema se utiliza el concepto de Relación de frente (Rf) y se lo define como el cociente entre la distancia recorrida por el compuesto y la distancia recorrida por el solvente de desarrollo. El producto de una cromatografía se denomina cromatograma

Aunque procesos parecidos ocurren en la naturaleza cuando disoluciones pasan a través de arcilla, rocas, etc. la cromatografía como tal adquiere importancia cuando en 1850 el químico F.F.Runge, que trabajaba con tintas, descubrió que los cationes orgánicos se separaban por migración cuando se depositaba una disolución que los contenía sobre un material poroso, como papel. En 1906 el botánico ruso Tswett utilizó la cromatografía en columna para separar extractos vegetales coloreados, y a este proceso le dió el nombre de cromatografía. Pero el mayor desarrollo se produce en 1930 con Lederer cuando consigue separar los colorantes de la yema de huevo. Posteriormente los químicos Khun, Kamer y Ruzucca desarrollan la cromatografía en el campo de la química orgánica e inorgánica, y obtienen el premio Nobel por sus trabajos en 1937, 1938, 1939 respectivamente. A partir de 1940 los métodos cromatográficos adquieren extensión mundial de forma que en 1940 Tiselius divide los métodos cromatográficos en cromatografía por análisis frontal, desarrollo por elución y desarrollo por desplazamiento, obtuvo el premio Nobel por sus trabajos en 1948. La cromatografía en columna utiliza un amplio espectro de adsorbentes sólidos, incluidas la sílice, la alúmina y la sílice gelatinosa. En la cromatografía en papel, una muestra líquida fluye por una tira vertical de papel adsorbente, sobre la cual se van depositando los componentes en lugares específicos. Las diferentes formas de cromatografía constituyen hoy uno de los más potentes métodos existentes para el análisis químico El uso de la cromatografía está ampliamente extendido en el análisis de alimentos, medicinas, sangre, productos petrolíferos y de fisión radiactiva. Actividad nº 1 La tinta de un marcador ¿Es una sola sustancia? Objetivos:

Verificar a través de una cromatografía sobre papel y otra en columna (dos técnicas, diferentes eluyentes, diferentes formatos de la misma técnica) si la tinta es una sola sustancia.

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Organizar la experiencia para lograr eficiencia en la ejecución y en la comunicación de los resultados

Evaluar la eficiencia de diferentes técnicas y eluyentes en el estudio de la misma tinta I-Cromatografía en papel Materiales necesarios: Papel secante, de filtro o cromatográfico- Vasos de precipitado de 100 cm3 o vasos de vidrio o plástico- Goteros o pipetas- Tinta de diferentes marcas- agua destilada, etanol. Procedimiento: Se trata de evaluar Papel: de filtro y secante Eluyentes: agua y etanol Técnica: papel circular y tira 1) Cortar círculos de papel de 9cm de diámetro. Sembrar en la parte central una gota de tinta. Disponer el círculo de papel sobre la boca del vaso de precipitado. Colocar gotas del eluyente sobre la gota de tinta, esperando que una gota se extienda totalmente antes de colocar otra. Indicar en el papel con lápiz, marca y color de la tinta ensayada, y tipo de eluyente usado. 2) Cortar una tira de papel cromatográfico, secante o de filtro de 12 cm de largo y 1 cm de ancho. Sembrar una banda de tinta a 2cm del borde inferior. Dentro del vaso, verter el volumen necesario como para lograr una altura de 1 cm de eluyente. Se sumerge la tira dentro del tubo con el eluyente. Indicar en el papel con lápiz, marca y color de la tinta ensayada, y tipo de eluyente usado. Observar al cabo de un tiempo la tira y el círculo de papel. II- Cromatografía en columna Materiales necesarios: Tinta de diferentes marcas- agua destilada, etanol-tiza blanca entera Tomar la tiza y hacer un punto de medio centímetro de diámetro con el rotulador a estudiar, a un centímetro y medio del extremo de la tiza. Repetir la operación con rotuladores de diferentes colores en las demás caras de la barra de la tiza. Poner la tiza en posición vertical en el plato o vaso con 1 cm del eluyente, con los puntos de tinta cerca del mismo pero sin que se mojen. Esperar unos minutos y observar los resultados. ¿Podrías contestar ahora la pregunta inicial? Todas las tintas se comportaron de la misma forma? ¿Qué fracción migró más en cada caso? ¿Cuál es la técnica más eficiente? 3

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Actividad Nº 2: Casi como detectives ¿Cómo detectar falsificaciones al cambiar la tinta? Material: Papel secante o papel de filtro; 2 rotuladores negros diferentes y un vaso con 2 cm de agua en el fondo. Descripción: Si escribes en un papel de filtro la cifra 60 con un rotulador negro y la falsificas añadiéndole tres ceros con un rotulador negro diferente. Podrías demostrar que los ceros fueron falsificados mediante una prueba cromatográfica. Debes cortar previamente un trozo de papel que pueda entrar en el vaso o tubo de ensayo y escribir a unos 5 cm de la parte inferior, con cada uno de los dos rotuladores. Actividades: a. Describe lo que sucede, al cabo de unos minutos después de introducir el papel en el tarro. b. ¿Cuáles fueron los ceros añadidos en la falsificación? ¿Por qué lo notas? Repite la experiencia utilizando tiza en la que marcas los colores de tinta, en vez de papel, ponlo en una tapa con agua y estudia lo que observas. c. Por qué podemos decir que hemos construido un analizador de colores. Otra posibilidad: Investigación de la sustancia verde de las hojas Material necesario: Mortero con pilón- Varilla de vidrio- Gradilla- tubos de ensayo de 100x16 mm Capilar- acetona- metanol- tolueno-éter de petróleo-etanol variedad de hojas verdes Procedimiento: Se procede a triturar la materia verde en el mortero, con el agregado de algún disolvente Se ensayarán diferentes solventes, en diferentes experiencias, para comprobar con cual se logra la mejor extracción. Para lograr un buen resultado en la separación cromatográfica, los extractos deben ser fuertemente coloreados. Debe procurarse no agregar excesiva cantidad de solventes, para que las soluciones no resulten muy diluidas. Se puede agregar al mortero un poco de arena para facilitar la extracción. Precaución: Deben estar apagadas todas las llamas en el laboratorio, ya que los solventes usados son inflamables. ) Las disoluciones obtenidas se deben decantar en un tubo de ensayo limpio y se rotula. (Nota: La clorofila se altera con la luz, por ello los extractos así obtenidos deberán guardarse en la oscuridad, en frascos color caramelo). Se pueden contrastar no sólo diferentes solventes, si no diferentes materiales vegetales) Para la segunda parte de la experiencia, se tomará el extracto más concentrado Y se tratará de evaluar, si éste está conformado por una sola sustancia. El número de bandas obtenidas dependerá del disolvente usado, el tipo de materia verde y con la concentración de la solución. Se les pide que procedan a realizar una separación cromatográfica como en el caso de la tinta, utilizando el círculo de papel sobre el vaso de precipitado y la tira de papel. Utilizarán diferentes extractos y diferentes eluyentes para contrastar resoluciones. (Ver más arriba un cromatograma de clorofila de alta resolución)

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Actividad Domiciliaria 1- Cristalización: El crecimiento de cristales es un fenómeno muy común en la naturaleza, de ahí que sea relativamente fácil de observar. Se llaman estalactitas y estalagmitas a formaciones minerales que se encuentran con frecuencia en cuevas. Una estalactita es una acumulación con forma de aguja de carbonato de calcio que cuelga del techo o de los lados de las cavernas de piedra caliza. Se forma a lo largo de miles de años por precipitación de los minerales contenidos en las aguas subterráneas que se filtran, muy despacio, a través del techo de la cueva. El agua en circulación por el suelo, sobre la caverna, adquiere bicarbonato de calcio al pasar por la caliza. Cuando el agua se filtra gota a gota hasta el techo de la cueva, tiende a adherirse a éste y a formar gotitas; cuando éstas pierden parte del agua y del dióxido de carbono, el carbonato de calcio precipita y forma los depósitos parecidos a agujas. Al escurrir más agua por el techo, la precipitación de carbonato de calcio continúa y los depósitos crecen en longitud y anchura constituyendo estalactitas. A menudo son enormes y adoptan formas curiosas. El carbonato de calcio puro es blanco, pero las estalactitas suelen tener distintos colores debido a las impurezas que contiene el mineral. Parte del agua filtrada cae en el suelo y se acumulan masas de carbonato cálcico parecidas a estalactitas invertidas. Estos depósitos, que crecen hacia arriba desde el suelo de las cuevas, se llaman estalagmitas. Las estalactitas y las estalagmitas se encuentran a menudo en pareja y pueden juntarse formando columnas que pueden crecer hasta alcanzar 1,5 m de diámetro. (Adaptado de http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761559670/estalactitas_y_estalagmitas.html)

Cueva de los cristales gigantes de selenita (yeso cristalizado) de la mina de Naica (México). Algunas características de los cristales 1. Bajo condiciones adecuadas, algunas clases de materiales sólidos se pueden obtener en formas que llamamos cristales. 5

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2. Los cristales crecen (se hacen más grandes) mediante la adición de más capas de materia sólida alrededor de sus caras externas. 3. Los cristales se forman a partir de una disolución cuando se evapora el disolvente. También se forman a partir de un fundido cuando se enfría el líquido, y a partir de un vapor invisible y cálido cuando éste entra en contacto con una superficie más fría. 4. Los cristales de sustancias diferentes tienen formas diferentes. 5. Los cristales de sustancias diferentes tienen propiedades diferentes; esto es, algunos tienen color, otros no; algunos crecen fácilmente, otros no; algunos son exfoliables, otros no; algunos aparecen iluminados entre polarizadores cruzados 6 Existe un tipo de orden en la manera en que un cristal se forma, el cual es responsable de sus caras planas y de su forma característica, así como de la manera en que le afecta la luz polarizada. Este ordenamiento ha de ser diferente para sustancias diferentes. Hacemos crecer cristales: Para obtener un cristal a partir de una disolución es necesario que esta disolución esté sobresaturada de la sal en cuestión, esto es, que la concentración de la sal en la disolución sea mayor que la que acepta el disolvente a esa temperatura Materiales: sulfato de cobre, cloruro de sodio, alumbre de potasio, nitrato de potasio, agua, frascos limpios, hilo, cacerolita, cuchara para revolver. Para cada caso disolver cantidades de la sal en agua a temperatura ambiente hasta que no se pueda disolver más. Una vez que quede un sistema heterogéneo con sal precipitada, se calienta el sistema hasta provocar la disolución del soluto sin disolver. Una vez logrado el sistema homogéneo, se filtra para retirar impurezas que pueden interferir en la cristalización. Se coloca la solución filtrada dentro de un frasco limpio, en un dispositivo semejante al del dibujo que sigue. Y a armarse de paciencia… Realizar observaciones periódicas. Si el cristal creció lo suficiente sacarlo de la solución, secarlo y observar con lupa. Dibujarlos. Establecer similitudes y diferencias

Hilo Solución saturada de Sulfato Cúprico

Clip

La tapa del frasco está perforada, por allí se enrosca el hilo en el lápiz o palito. El clip representa un cristal de la sal en cuestión que se reserva antes de empezar la disolución. Debe ser un cristal lo suficientemente grande para ser atado al hilo. El frasco debe colocarse en un lugar visible, asegurándose que no se muevan, ya que la vibración interfiere en la cristalización

Cristales de azúcar: 6

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Disolver 2 1/2 tazas de azúcar por una de agua, se remojan palitos de brochet en la mezcla y al día siguiente se colocan adentro por 1 ó 2 semanas. Para hacerlo de colores se coloca dentro del almíbar mucho colorante.

Otras sales para experimentar. Bórax (Na2B4O7.10H2O) en agua: Añada una cucharadita de bórax a media taza de agua muy caliente, agitando la mezcla hasta que el bórax se haya disuelto completamente. Una vez que haya enfriado, crecerá un gran número de bellos cristalitos.

Un excelente link sobre cristalografía y sus aplicaciones didácticas http://www.iucr.org/education/pamphlets/20/full-text-spanish 2- ACTIVIDADES DE PROYECCIÓN: Después de haber estudiado teóricamente diferentes técnicas de separación de fases y de fraccionamiento de soluciones, y de haberlas experimentado, en pequeña escala, en el laboratorio, les propongo que realicen una indagación, acerca del uso de todas ellas o de algunas en la industria y en la medicina.

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