Tècniques de separació de mescles

Els components d'una mescla es poden separar i recuperar sense que se n'alterin les propietats. Les tècniques de separació permeten, doncs, reutilitzar les substàncies o bé aïllar-les de la mescla on es troben de forma natural.

Com ja vàrem veure en cursos anteriors, hi ha diversos mètodes per separar les substàncies que formen una mescla; recordem algunes tècniques.

Mètodes de separació dels components d'una mescla heterogènia

Decantació

Propietat en què es basa: densitat. Descripció: consisteix a separar les substàncies sòlides de les líquides aprofitant que les partícules sòlides són més denses i es dipositaran al fons, tot separant-se del líquid menys dens. També s'utilitza per separar líquids immiscibles, perquè el de menys densitat es dipositarà a sobre del més dens. Material de laboratori: embut de decantació, suport universal, vas de precipitats. Aplicacions: aquest sistema s'utilitza, per exemple, en la depuració d'aigües residuals.

Filtració

Propietat en què es basa: mida de les partícules. Descripció: consisteix a separar els sòlids insolubles en un líquid mitjançant un filtre. Aquest mètode no és útil si la mida de les partícules és massa petita. Material de laboratori: embut, paper de filtre, suport universal, vas de precipitats, vareta de vidre. Aplicacions: existeix una àmplia varietat de filtres en funció de quina sigui la seva aplicació: des de senzills dispositius, com els filtres domèstics de cafè o els embuts de filtració per a laboratori, fins a grans sistemes automatitzats com els que s'utilitzen en les indústries petroquímiques i de refinament, o els sistemes de tractament d'aigua potable destinada al subministrament urbà.

Imantació

Propietat en què es basa: magnetisme. Descripció: es realitza passant un imant per sobre d'una mescla de sòlids de manera que aquest imant atreu alguns metalls, com el ferro, i els separa de la resta. Material de laboratori: imant. Aplicacions: s'utilitza, per exemple, en les plantes de reciclatge d'automòbils, on un potent imant extreu el ferro de les altres deixalles.

Mètodes de separació dels components d'una mescla homogènia

Destil·lació

Propietat en què es basa: temperatura d'ebullició. Descripció: consisteix en la separació de les diferents substàncies d'una solució mitjançant la vaporització, primer, i la condensació, després. Com que cada substància de la solució bull i es condensa a una temperatura diferent, controlant la temperatura es pot recollir cada substància en un recipient separat, en estat pur, començant pel líquid que té el punt d'ebullició més baix. Material de laboratori: suport universal, matràs de destil·lació, reixeta, bec de Bunsen, refrigerant, matràs Erlenmeyer. Aplicacions: la destil·lació s'utilitza molt en les indústries que refinen petroli, en el dessalatge d'aigua, en la fabricació de licors, cervesa o vi, i per produir molts productes químics que s'utilitzen en les llars i fàbriques.

Cromatografia en paper

Propietat en què es basa: solubilitat. Descripció: es basa en la diferent mobilitat que tenen els components d'una solució quan són arrossegats per un dissolvent a través d'un suport format per un medi porós, com per exemple, paper absorbent. Material de laboratori: paper absorbent, alcohol. Aplicacions: aquesta és una tècnica que es fa servir molt en els hospitals per mesurar, per exemple, la quantitat de sucre en l'orina d'una persona, per tal de saber si té diabetis.

Cristal·lització per evaporació

Propietat en què es basa: solubilitat. Descripció: consisteix a separar un sòlid dissolt en un líquid deixant evaporar lentament el dissolvent de manera que el solut anirà cristal·litzant al fons del recipient. Material de laboratori: cristal·litzador. Aplicacions: és una tècnica molt utilitzada al laboratori per purificar un sòlid. L'obtenció de la sal comuna a partir de l'aigua de mar també n'és un exemple.

1.2.  Dibuixa esquemàticament i d'acord amb la teoria cinètica com t'imagines que es troben disposades les partícules de:

1. Un got d'aigua amb sal
2. L'aire d'una habitació
3. Una mescla d'oli i aigua
4. Un got d'aigua destil·lada
5. Una barra d'or

1.3.  Enuncia les diferències i semblances que existeixen entre una substància pura i una mescla.

1.5.  Els diagrames de separació representen els passos que cal seguir per separar els components d'una mescla. Observa aquest exemple:

Fes un diagrama per representar la separació d'una mescla de:

1. Gasolina i aigua. (Cal que tinguis en compte que la gasolina és immiscible en aigua.)
2. Sal, llimadures de ferro i marbre en pols (carbonat de calci, CaCO₃).

1.6.  Llegeix el text següent i contesta les preguntes que hi ha a continuació:

1. Construeix un mapa de conceptes sobre el mètode científic i les seves etapes utilitzant les paraules següents:

2. Busca informació i explica què són una llei científica i una teoria científica

3. Imagina que has de dur a terme una recerca científica. Planteja't una pregunta senzilla de l'àmbit de la ciència i descriu breument les etapes de la recerca que et portarien a trobar una resposta. Una visita a la pàgina web www.espaibarcanova.cat pot suggerir-te alguna idea.

1.8.  La notació científica ens permet operar còmodament amb nombres molt grans o molt petits.

Observa els exemples:

Resol, fent servir la calculadora, les operacions següents i dóna el resultat en notació científica arrodonit a 2 decimals.

1. (5,2 · 10¹⁵) · (8,7 · 10⁵)

3. 4,28 · 10⁷ + 1,013 · 10⁸ – 9,5 · 10⁶

1.10.  Obre la nevera de casa teva i observa les substàncies líquides que hi ha a dins. Classifica-les segons que siguin mescles heterogènies o solucions. De quin tipus n'hi ha més? Tingues en compte el criteri de la grandària de les partícules i si són visibles a ull nu. En quins casos has tingut dubtes?

1.11.  Observa el teu entorn i posa tres exemples per a cada una de les mescles següents:

1. Un aliatge.
2. Líquid amb líquids dissolts.
3. Líquid amb sòlids dissolts.
4. Líquid amb gasos dissolts.

1.12.  Busca informació i identifica el solut i el dissolvent en les mescles homogènies següents:

1. Gas natural
2.  Sèrum fisiològic
3. Aigua de mar 
4. Aigua de l'aixeta
5. Aire
6. Acer

1.13.  Observa les etiquetes de les solucions següents, que podem trobar a un laboratori de química. Completa els textos amb la informació que ens donen.

1.14.  Llegeix el text següent, que explica el procés a seguir per a preparar una solució.

A continuació respon les preguntes:

1. Disposem de provetes de 10 ml, 100 ml, 250 ml i 1l. Quin procediment seguirem si volem mesurar 180 ml d'aigua?

2. Justifica el fet que el matràs aforat tingui el coll llarg i estret.

1. Calcula quants grams de solut hi ha en 100 ml d'una solució de concentració en massa 23 g/l.

1. Calcula quants grams de solut i de dissolvent hi ha en 500 g d'una solució al 10% en massa.

1. Per què fem servir un matràs aforat si preparem una solució d'una concentració en massa determinada i una proveta si la composició s'expressa en percentatge en massa?

1. L'acetona o propanona, CH₃COCH₃, a temperatura ambient es presenta com un líquid incolor amb una olor característica. S'usa molt com a dissolvent de laques i vernissos. Com es prepararien 500 ml de solució d'acetona en aigua al 15% en volum? Suposa que els volums són additius. Fes els càlculs necessaris, indica el material de laboratori i fes una breu descripció dels passos a seguir.

1.15.  A les imatges següents pots veure les quantitats de solut i dissolvent que es combinen per a obtenir una solució. Observa-les atentament i dedueix la informació que es demana:

	Massa d'aigua: Massa de sucre: Tant per cent en massa de la solució:
	Volum d'aigua: Massa de sal: Concentració en massa de la solució:
	Volum d'aigua: Volum d'acetona Tant per cent en volum de la solució:

1.16.  La imatge ens mostra una ampolleta de 30 ml d'una solució d'àcid clorhídric al 5 % en volum. Aquestes ampolletes es venen en capses de 10 unitats. L'ús és terapèutic, per tractar problemes d'acidesa estomacal, deficient digestió proteica o infeccions digestives. Cal prendre'n 5 gotes amb cada àpat (s'han de barrejar amb el menjar).

Quina quantitat de solut hi haurà en una capsa sencera d'aquestes ampolletes?

1.17.  Llegeix el text següent i contesta les preguntes que hi ha a continuació:

1. Indica si les frases següents són correctes o incorrectes:

• •La glucosa és un glúcid i com a tal és una de les principals fonts d'energia del nostre organisme.
• La concentració de glucosa en sang al llarg del dia pot variar, i ser més alta al matí abans d'esmorzar i més baixa després de fer un àpat.
• La insulina és l'hormona causant que les cèl·lules absorbeixin la glucosa sanguínia. Per tant, si l'organisme no produeix aquesta hormona, hi haurà un excés de sucre a la sang.
• Un diabètic s'ha d'injectar insulina.
• Un diabètic té una concentració de glucosa a la sang per sota dels nivells normals.

1. Indica el teu grau d'interès per les qüestions que es plantegen. Per fer-ho, puntua-les aplicant-hi aquest barem:

• Saber si una dieta mediterrània és més o menys rica en glúcids que una d'asiàtica.
• Conèixer les tècniques que permeten determinar el nivell de glucosa en sang.
• Conèixer i entendre els mètodes pels quals els nostre organisme obté energia a partir de l'aliment.

1. Una persona sana té 0,85 g de glucosa en 0,5 dm³ de solució sanguínia. Calcula la concentració en g/l i en mg/dl. En funció del valor obtingut, justifica si aquesta mesura s'ha fet just abans o després d'un àpat.

1. La solució de glucosa en aigua (sèrum glucosat) s'utilitza per alimentar els malalts quan no poden menjar. En l'etiqueta d'un flascó de sèrum de 750 cm³ s'hi indica que la concentració és de 55 g/l. Si un malalt necessita prendre 40 g de glucosa cada hora, quin volum d'aquest sèrum se li ha d'injectar en una hora?

1.19.  El iode és una substància sòlida, de color gris fosc, soluble en alcohol. La solució de iode i alcohol, de color marró, es coneix amb el nom de tintura de iode i s'utilitza per les seves propietats desinfectants. En un vas de precipitats hem posat 250 g d'alcohol i 2 g de iode que es dissolen completament.

1. Calcula la concentració de la solució en percentatge en massa.

1. Quants grams de solució haurem d'agafar per tal que en evaporar l'alcohol quedin 0,5 g de iode sòlid?

1. Si agafem 50 g de solució i deixem evaporar l'alcohol, quants grams de iode quedaran?

1.20.  El sèrum fisiològic és una solució al 0,9 % en massa de clorur de sodi. S'utilitza als hospitals per equilibrar els fluids corporals i és habitual veure'l en una bossa penjada d'un suport. En molts pacients s'utilitza com a substitut de la sang en determinades situacions i com a mitjà de transmissió de substàn­cies a l'interior del cos.

1. Si volem preparar una solució de 250 g de sèrum fisiològic del 0,9 % en massa de clorur de sodi, quina massa de sal necessitarem?

1. Al magatzem on guardem les bosses per al sèrum fisiològic, observem que n'hi ha de tres materials diferents. També veiem un cartell informatiu amb la taula següent:

Justifica quina bossa haurem de triar per guardar la solució salina.

1.21.  Quan ingerim begudes alcohòliques, l'alcohol que contenen arriba fins a la sang. Una concentració excessiva d'alcohol a la sang té efectes nocius en l'organisme. A més, la ingesta d'alcohol és una de les principals causes dels accidents de trànsit.

1. Busca informació sobre els efectes que produeix l'alcohol en la conducció i descriu breument els tres efectes que et cridin més l'atenció.

1. El codi general de circulació prohibeix conduir quan el test d'alcoholèmia indica una taxa supe­rior a 0,25 mg d'alcohol etílic per litre d'aire espirat. Si en realitzar aquest test a un conductor es detecta que 100 cm³ d'aire espirat contenen 0,05 mg d'alcohol etílic, serà positiu el test?

1. Indica en quin grau estàs d'acord o en desacord amb les afirmacions següents. Per fer-ho, puntua-les aplicant-hi aquest barem i justifica les respostes.

•

• El consum d'alcohol, encara que sigui amb moderació, és perniciós per a l'organisme i s'ha d'evitar totalment.

• Conduir sota els efectes de l'alcohol és una situació de risc, ja que disminueix la nostra capacitat de reacció davant un perill.

• La realització de controls preventius, en els quals s'aturen vehicles a l'atzar i es fa un test d'alcoholèmia al conductor, és un bon sistema per conscienciar la població de la gravetat de conduir ebris.

• Conduir amb un nivell de concentració d'alcohol en sang superior al permès és una infracció molt greu, per això és penalitzada amb una sanció econòmica i la pèrdua de punts del permís de conducció.

•

• El consum excessiu d'alcohol lidera les causes de mort que es poden prevenir, al món. És important conscienciar la població dels efectes adversos del seu consum, i l'escola també ha d'educar els alumnes en aquest sentit.

1.22.  Llegeix el text i contesta les preguntes que hi ha continuació:

1. Utilitzant les dades de la taula, representa en un gràfic la quantitat màxima d'oxigen que es pot dissoldre a l'aigua dolça i a l'aigua salada en funció de la temperatura. No oblidis de posar títols als eixos (cal especificar les unitats) i al gràfic.

2. Descriu com varia la solubilitat de l'oxigen en aigua, tot utilitzant les dades de la taula, i compara la solubilitat en aigua dolça i en aigua salada.

1. Calcula la concentració, en tant per cent en volum, d'una solució saturada d'oxigen en aigua dolça a una temperatura de 30 ºC.

1. La temperatura de l'aigua d'un riu solia ser d'uns 10 ºC, però arran de la contaminació industrial la temperatura va pujar fins als 30 ºC. Tenint en compte les dades de la taula, explica quines conseqüències va tenir per als peixos que vivien al riu aquest dany al medi ambient.

1.23.  Observa el gràfic i contesta les preguntes que hi ha a continuació:

1. Què es representa a l'eix d'abscisses? En quines unitats?

1. Què es representa a l'eix d'ordenades? En quines unitats?

1. Completa la taula indicant la quantitat màxima de sal que es pot dissoldre en 100 g d'aigua:

1. Quina és la sal que té major solubilitat a 0 ºC?

1. Quina té menor solubilitat a 50 ºC?

1. Quina experimenta una menor variació de la seva solubilitat amb la temperatura?

1. En quina varia més la solubilitat amb la temperatura?

1. Quants grams de nitrat de sodi, NaNO₃, es poden dissoldre en un quart de litre d'aigua a 30 ºC?

1. Preparem una solució que conté 35 g de clorur de potassi, KCl, dissolts en 100 g d'aigua a 60 °C. Justifica si es tracta o no d'una solució saturada.

1. Què passarà si es refreda la solució anterior fins a 10 °C?

1. Calcula la quantitat màxima de solut que es pot dissoldre en cada un dels casos següents.

• • Disposem de 100 g de K₂CrO₄ i 150 g d'aigua a 30 °C.
• • Tenim 20 g de NaCl i 50 g d'aigua a 50 °C.
• • Tenim 5 g de KNO₃ i 200 g d'aigua a 0 °C.

1.26.  La solubilitat del clorur de potassi, KCl, a 40 ºC és 38 g de KCl en 100 g d'aigua. Si afegim 40 g de KCl a 100 g d'aigua a aquesta temperatura, quants grams es dissoldran i quants quedaran sense dissoldre?