Técnicas de Laboratorio: Separación, Medición y Análisis de Sustancias

Métodos de Determinación de Agua

Método directo: El agua se determina por la pérdida de peso que experimenta la muestra cuando se somete a una temperatura que permite separar el agua, la cual se determina posteriormente.

Métodos indirectos: El agua expulsada de la muestra puede ser recogida y determinada por su peso, volumen o alguna otra propiedad.

• Absorción: La muestra pesada se coloca en una navecilla dentro de un tubo de combustión que se calienta en un horno mientras se hace circular aire seco por el tubo.
• Destilación: Se destila durante un tiempo en un recipiente cerrado, luego se filtra, se decanta o se destila.

Cristalización

Formación de partículas sólidas en el seno de una fase líquida homogénea. Las partículas se pueden formar también en una fase gaseosa, como es el caso de la nieve. La cristalización se utiliza para purificar substancias, uniformizar tamaños y presentar un producto atractivo.

Los cristales de CuSO₄·5H₂O pierden el color azul al calentarlos porque pierden agua y, con el agua, pierden el color azul. La velocidad produce el efecto de producir que el tamaño de los cristales sea más pequeño.

Cromatografía

Comprende un conjunto de técnicas que tienen como finalidad la separación de mezclas. La fase estacionaria retarda el paso de los componentes de la muestra, de manera que los componentes la atraviesan a diferentes velocidades y se separan en el tiempo.

• Cromatografía de papel: Una pequeña mancha de solución que contiene la muestra se aplica sobre una tira de papel cromatográfico a una distancia aproximada de un centímetro de la base. Las interacciones químicas con el papel hacen que los compuestos se desplacen a diferentes velocidades.
• Cromatografía de capa fina: La fase estacionaria consiste en una capa fina de un adsorbente, como gel de sílice, alúmina o celulosa, depositada sobre un soporte plano como una placa de vidrio, una lámina de aluminio o de plástico. El tamaño de partícula influye en el proceso de adsorción; cuanto más pequeñas son las partículas, mayor es la adsorción.

Extracción

La separación de un compuesto por extracción se basa en la transferencia selectiva del compuesto desde una mezcla sólida o líquida con otros compuestos hacia una fase líquida.

• Extracción líquido-líquido simple: Método útil para separar componentes de una mezcla. Se utilizan disolventes inmiscibles en agua.
• Extracción líquido-líquido continua: Cuando la solubilidad del compuesto en los disolventes de extracción habituales no es muy elevada, se suele utilizar otro procedimiento que implica una extracción continua de la fase inicial.
• Extracción sólido-líquido discontinua: Si uno de los compuestos es soluble en un determinado disolvente mientras que los otros son insolubles, podemos hacer una extracción consistente en añadir este disolvente a la mezcla contenida en un vaso de precipitados.
• Extracción sólido-líquido continua: Se realiza de manera continua con el disolvente de extracción caliente en un sistema cerrado, utilizando una metodología similar a la comentada para la extracción líquido-líquido continua, basada en la maceración con disolvente orgánico previamente vaporizado en un matraz y condensado en un refrigerante de la mezcla sólida que se va a extraer, contenida dentro de una especie de cartucho.

Extracción de Cafeína del Café

El Na₂SO₄ anhidro se utiliza para secar la fase orgánica, reteniendo el agua del cloroformo. Se recristaliza la cafeína con la acetona para disolver las impurezas. Al añadir el éter se purifica; se hace la recristalización.

Material de Laboratorio y su Uso

• Aerómetro: Mide la densidad de líquidos.
• Balanza: Mide masas de sustancias sólidas.
• Bureta: Mide volúmenes de solución para valorar la concentración de otra.
• Matraz aforado: Mide volúmenes exactos de líquidos.
• Picnómetro: Mide la densidad de líquidos.
• Pipeta graduada: Mide volúmenes de líquidos con bastante precisión.
• Pipeta aforada: Mide volúmenes exactos de líquidos.
• Probeta: Mide volúmenes de líquidos (10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 ml).
• Termómetro: Mide temperaturas.

Limpieza del Material de Laboratorio

Lavar con agua fría, agua caliente, agua y jabón, lejía de sosa al 15%, ácido clorhídrico comercial, ácido nítrico comercial, agua regia (2HCl + HNO₃), mezcla crómica, mezcla nitrosulfúrica (HNO₃ + H₂SO₄), ácido sulfúrico concentrado y permanganato potásico.

El método directo es más exacto que por diferencia porque el mínimo error, la diferencia que puede haber con la pesada directa, no se comprobaría; en cambio, con la diferencia, este error puede desaparecer. El material volumétrico no se puede calentar porque el error volumétrico variaría y también porque el calibrado se hace a temperatura ambiente. Acondicionar el material significa llenar el material con agua destilada para que así se lleve las pequeñas gotas que quedan; se hace porque si hay gotas de un ácido, variaría su concentración.

Tipos de Separaciones

• Separaciones mecánicas: Cuando se utiliza un medio mecánico para separar los componentes de la mezcla: filtración, tamizado, centrifugación.
• Separaciones térmicas: Cuando se utiliza el calor como medio de separación: destilación, evaporación, secado, cristalización.
• Separaciones difusionales: Cuando uno de los componentes de la mezcla difunde más rápido que otro a través de una de las fases: extracción, absorción, adsorción.

Molienda

Triturar para disminuir el tamaño de partícula. Precauciones a tomar: pérdida de humedad durante la molienda por el calor generado, contaminación de la muestra por la superficie de absorción utilizada y alteración de la composición de la muestra, ya que el calor puede ocasionar pérdida de volátiles. Proporciones recomendadas: 25% material, 25% bolas.

Filtración

Separación mecánica de una mezcla de un sólido en un líquido. Eficacia: en la retención de partículas. Velocidad del flujo: el volumen que pasa a través de un filtro por unidad de tiempo y unidad de superficie del filtro. Capacidad de carga: resistencia que presenta el filtro a la carga del material.

Sedimentación

Separación por gravedad de la materia sólida suspendida en un líquido. Consiste en dejar reposar el líquido el tiempo suficiente para que sedimenten las partículas sólidas por la acción de la fuerza de la gravedad.

Centrifugación

Siempre que se coloque un tubo a centrifugar, debe colocarse otro con el mismo nivel de líquido en el lugar opuesto. No introducir tubos de ensayo si los portatubos no contienen la goma amortiguadora, y así evitamos roturas. No poner en marcha una centrífuga hasta que no esté totalmente preparada. El número de revoluciones indicadas en la placa no debe sobrepasarse y disponer del tiempo necesario para conseguir la separación. Siempre que se note algún problema, parar inmediatamente. Para separar el líquido sobrenadante, puede separarse inclinando el tubo directamente. El mejor método es la centrifugación, después el filtro de pliegues y después el normal (porque este se tapona muy rápido). Añadir después del coagulante un floculante no mejora el resultado.

Destilación

Proceso en el que el líquido se vaporiza, el vapor producido se condensa y se recoge en un colector. El líquido que no se vaporiza se denomina residuo y el líquido que resulta de condensar el vapor se denomina destilado. La presión ejercida por las moléculas gaseosas se denomina presión de vapor.

• Azeótropos de punto de ebullición máximo: Cuando el punto de ebullición del azeótropo es mayor que el punto de ebullición de cada uno de los componentes.
• Azeótropo de punto de ebullición mínimo: Cuando el punto de ebullición del azeótropo es menor que el de los componentes.
• Destilación simple: Cuando contiene una sustancia volátil o cuando contiene más de una sustancia volátil, pero el punto de ebullición del líquido más volátil difiere del punto de ebullición de los otros en al menos 80ºC.
• Destilación fraccionada: Cuando la mezcla de productos líquidos que se quiere destilar contiene diferentes sustancias volátiles con puntos de ebullición con una diferencia menor a 80ºC.

Evaporación

Los líquidos pasan al estado de vapor en todas las fases de calentamiento. El proceso tiene lugar a través de la superficie libre y se denomina vaporización o evaporación.

Secado

Los métodos de secado son una separación parcial o total del agua mediante calor. Se utilizan para determinar el contenido en humedad de la muestra o acondicionar la muestra para el análisis (s.m.s).