Operaciones y Procesos Unitarios en el Laboratorio

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA

LA MOLINA

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DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA

CURSO: QUÍMICA GENERAL – LABORATORIO

INFORME DE LA PRÁCTICA N° 2

Título: Operaciones y Procesos Unitarios en el Laboratorio

Alumnos:        

• Espinoza Pinto, Eliana Alejandra (Ing. Agrícola – 20191365)
• Flores Yraita, Kamilah Rosabel (Ing. Agrícola – 20191366)
• Reyes Llerena, Antony (Ing. Forestal – 20191249)
• Rodríguez Chávez, Juan Joel (Economía – 20191287)

Horario de práctica: Sección B (Martes: 8:00 AM – 10:00 AM)

Profesor de Laboratorio: Valverde Flores, Jhonny Wilfredo

Fecha de la práctica: Martes 27 de agosto de 2019

Fecha de entrega de informe: Domingo 01 de septiembre de 2019

PRÁCTICA 2

Operaciones y Procesos Unitarios en el Laboratorio

1. Introducción:

En una planta química, para obtener el producto final deseado, el proceso se realiza en varias etapas. La metodología utilizada es muy similar a la obtención de un producto en el laboratorio, sin embargo, en el laboratorio los volúmenes tratados son más reducidos y los equipos, aunque se basan en los mismos principios fisicoquímicos, son más pequeños y más simples.

En las etapas mencionadas anteriormente se pueden realizar procesos netamente físicos (no reacción, aunque pueden cambiar de fase o estado) o procesos químicos (reacción química con cambio de estructura de las especies químicas. Las etapas donde se realizan cambios netamente físicos se denominan operaciones unitarias y las etapas donde se produce reacción química se llaman procesos unitarios.

Otra actividad propia de un laboratorio de química es el análisis e una muestra, el cual comprende dos partes esenciales: la adecuación de la muestra y la medición o detección de alguna propiedad de la sustancia de interés. Ello implica realizar uno o más operaciones o procesos unitarios previos que permitan separar, adecuar física o químicamente a la sustancio de modo que pueda ser detectado o medido en un instrumental apropiado.

1. Justificación y Objetivo:

Realizar una o más operaciones y procesos unitarios y explica los principios fisicoquímicos que los sustenta.

1. Hipótesis:

Las operaciones unitarias y los procesos unitarios están sustentados en principios fisicoquímicos y en propiedades a los cuales se recurre para asegurar la separación de las sustancias que conforman una mezcla.

1. Revisión literaria:

1. Operaciones unitarias: Son procedimientos de naturaleza física donde no ocurren reacciones químicas. Las operaciones unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios de energía y transferencias y cambios de materiales que se llevan a cabo por medio físico.
2. Procesos unitarios: Son procedimientos de naturaleza química, ocurren reacciones que alteran la estructura de la materia dando lugar a la formación de nuevas sustancias. Lo más importante de un proceso unitario es el mecanismo de la reacción, la velocidad de la misma o el equilibrio que se puede alcanzar.
3. Algunas operaciones unitarias:

1. Destilación. -  Separa dos (o más) líquidos mezclados, para lo cual se hierve, se evapora, y finalmente se condensa. La separación se logra porque los líquidos tienen diferentes temperaturas de ebullición lo cual hace que la sustancia más volátil se evapore en mayor proporción. [pic 2]
2. Extracción sólido - líquido. -  Es una operación por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido denominado solvente extractor. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto de interés puede difundirse desde el sólido hacia la fase liquida.
3. Cristalización. -  Su objetivo es obtener, a partir de una solución concentrada de un soluto no volátil y un solvente volátil, el cristal puro del soluto. Esto se puede lograr por enfriamiento de la solución o por eliminación del solvente.[pic 3]
4. Filtración. – Separa la fase solida de la fase liquida en una mezcla heterogénea. 
5. Decantación. –  Se utiliza para separar mezclas heterogéneas., que pueden están conformadas por una sustancia liquida y una sólida o por dos sustancias liquidas. La diferencia de las densidades de las fases es la responsable de la separación ya que debido a la sedimentación la sustancia más densa se va al fondo del recipiente y la menos densa queda en la parte superior. Estos líquidos deben ser inmiscible.
6. Absorción. - Es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido con el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida).
7. Adsorción. - la adsorción de una sustancia es la acumulación de una sustancia en una determinada superficie interfásica (entre dos fases). El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido.

1. Algunos procesos unitarios

1. Combustión. -  La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor.

Al encender el gas, puede ocurrir una combustión completa o una combustión incompleta. De acuerdo con estos dos tipos de combustión se pueden producir dos tipos de llama:

• Llama luminosa o amarilla: Cuando la combustión es incompleta debido a la deficiencia de aire produciéndose partículas de carbón que por efecto de la temperatura se tornan incandescentes dando la coloración característica. Este tipo de llamas produce poca energía
• Llama no luminosa o azulina: Cuando la combustión es completa debido a que hay suficiente aire. Este tipo de llamas produce mucha energía.

1. Precipitación. – Proceso en el cual dos o más iones en disolución acuosa, por atracción electrostática, superan la fuerza de solvatación y puentes de hidrógeno de las moléculas de agua, se juntan y forman redes cristalinas iónicas insolubles en medio acuoso y precipitan formando una nueva fase, generalmente sólida que se separa del medio.
2. Fermentación. – La fermentación es un proceso catabólico, mediante el que se oxida materia rica en glúcidos (a veces prótidos) por actividad de microorganismos, produciendo moléculas más pequeñas y generando energía para el organismo que la realiza se pueden destacar la fermentación alcohólica (cerveza), la fermentación láctica (yogurt), etc.
3. Neutralización. – Reacción entre un ácido y una base.
4. Electrolisis. – Proceso por medio del cual una sustancia se descompone por acción de la corriente eléctrica.
5. Hidrolisis. - Es una reacción química entre una molécula de agua y otra de macromolécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar unión de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que el agua actúa como disolvente.
6. Deshidratación. - En química, una reacción de deshidratación, también conocida como Hidrogenese de Zimmer, es aquella que implica la pérdida de agua.

1. Materiales y Métodos:

1. Materiales:

1. Operaciones unitarias (Equipos)

1. Equipo de destilación:

Refrigerante, balón de fondo plano, termómetro, soporte universal, Erlenmeyer.

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1. Equipo para extracción sólido-líquido:

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1. Equipo para filtración:

         Embudo, papel de filtro.

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1. Equipo para decantación

        Pera de decantación, soporte universal.

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Otras operaciones unitarias:

1. Tamizado: Proceso para separar partículas sólidas de diferente tamaño
2. Centrifugado: Proceso por el cual se separan dos líquidos de densidad diferentes mediante una fuerza centrífuga.
3. Molienda: Proceso en el cual se golpea o frota un material sólido hasta pulverizarlo o reducirlo a trozos muy pequeños.

1. Procesos unitarios (Equipos)

1. Equipo de combustión:

Mechero Bunsen

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Otros procesos unitarios: Fermentación, Precipitación, Neutralización, etc.

1. Materiales para la práctica:

1. Mechero Bunsen
2. Tubo de ensayo
3. Embudo
4. Papel de filtro
5. Vaso de precipitados

Reactivos:

1. NaOH 0,3 M
2. FeCl 0,1 M

1. Métodos:

1. Extraer, con ayuda de la bagueta y de la bomba de succión, porciones de los frascos de hidróxido de sodio y del de cloruro de hierro.

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1. Mezclar las sustancias en un tubo de ensayo. Se forma una mezcla de color anaranjado.

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1. Calentar la mezcla en el mechero Bunsen hasta el punto ebullición.  

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1. Se notará que se irá formando una especie de granitos.  

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1. Dejar reposar la mezcla hasta ver partes sólidas en el fondo del tubo de ensayo.

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1. Vaciar el contenido del tubo dentro del embudo (previamente con el papel de filtro puesto alrededor de la boca del embudo).

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1. Finalmente, esperar a que los cristales de hidróxido férrico queden en el papel y el líquido dentro del vaso.

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1. Resultados y Discusión

De acuerdo a lo solicitado en la práctica N° 2, se realizaron operaciones y procesos unitarios para la obtención de ciertos productos o compuestos, siendo dichos los siguientes:

1. Destilación de una mezcla alcohol – agua: Se calienta el líquido a destilar, llegando los vapores al refrigerante, siendo la manguera de entrada la encargada de suministrar agua fría para la condensación del vapor que luego caería en la pipeta.
2. Extracción solido – liquido: se calienta la mezcla de alcohol con agua para el proceso de destilación, el alcohol puro obtenido  cae en el cartucho para la filtración y extracción de la antocianina, obtenido del maíz morado.
3. Combustión del gas propano: regulando la entrada de gas, se dispone a prender el mechero Bunsen. Con el apoyo del anillo regulador, se controla la entrada de oxigeno (aire) con el propósito de obtener llama a diferentes temperatura (Menor temperatura – Llama amarilla, mayor temperatura – llama azul).
4. Precipitación, disolución, cristalización y filtración de Hidróxido férrico:

• Se procede a mezclar NaOH y FeCl3 en proporciones de 3 a 1 respectivamente, agitándose para dejar reposar (Precipitado).
• Se observa la formación de pequeños cristales de color naranja que se confunde con el líquido predominante. Se vuelve a agitar (Disolución).
• Se somete la mezcla al mechero Bunsen para su calentamiento hasta el punto de ebullición, para luego dejar reposar (Cristalización).
• Por último, la solución vierte al papel de filtro previamente acondicionado para la separación de los cristales obtenido (Hidróxido férrico) con el líquido resultante (Probablemente agua con cloruro de sodio) que pasaría por el papel hacia el vaso de precipitado. Lo que queda en el papel son los cristales (Filtración).

Se diferencia cada proceso y operación unitaria de manera experimental en forma clara y concisa.

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