domingo, 28 de abril de 2013

¿Por qué es mejor enjuagar muchas veces que una sola vez con mucho disolvente?


Si alguna vez has trabajado en un laboratorio seguro que habrás escuchado decir aquello de “más vale lavar muchas veces con poco disolvente que una sola vez con mucha cantidad de disolvente”. Me he  preguntado qué hay de cierto en esa frase, así que me he arremangado, he retirado el lápiz de detrás de mi oreja y me he puesto a realizar unos sencillos cálculos.


Primer enjuague

Imaginemos que queremos utilizar un matraz en el que han quedado restos de la última síntesis que hemos realizado. Lavamos a conciencia el recipiente y, como siempre, nos disponemos a enjuagarlo un par de veces con el disolvente que habíamos pensado utilizar. Empezaremos añadiendo al matraz un volumen V del disolvente S, lo que supondrá una cantidad de éste de n1 moles. Supondremos que el disolvente reaccionará con los n2 moles de la sustancia M, que ha quedado adherida a las paredes del recipiente, para formar un compuesto soluble D en dicho disolvente. Escribamos la reacción, la constante de concentraciones de equilibrio y el cuadro de cantidades molares antes y después del equilibrio químico:
Equilibrio químico entre la cochinada M y el disolvente S
Ahora no nos preocupa qué tipo de reacción es ésta; puede ser un equilibrio de solubilidad o una reaccion ácido-base. Tampoco nos detendremos a estudiar la estequiometría de la reacción, así que para simplificar he supuesto que la reacción transcurre en la proporción 1:1:1.

Si reescribimos la constante de concentraciones de equilibrio en función de la cantidad x de M y de disolvente que han reaccionado queda:

Ecuación (1)
En esta ecuación V es el volumen de disolvente añadido. Para simplificar todavía más, supondremos que la cantidad x es tan pequeña que resulta despreciable frente a los n2 moles de disolvente que hemos agregado, de manera que  n1 – x ~ ny la ecuación (1) queda:


Reordenamos y despejamos x, la cantidad de M que ha sido arrastrada por el disolvente:


Pongamos ahora los moles de disolvente en función del volumen, de la densidad d y de su masa molecular M empleando la constante D = Kd/M:

Ecuación (2)

Segundo enjuague


La cantidad de porquería que quedará en el matraz tras el primer lavado n2(1) será:

Ecuación (3)
Si después del primer lavado añadimos otra cantidad V del disolvente, se volverá a establecer el equilibrio.
Equilibrio químico durante el segundo enjuague
Y volvemos a utilizar la constante de este equilibrio para realizar los cálculos recordando que la cantidad y es despreciable frente a los moles de disolvente agregados.

Ecuación (4)
De aquí despejamos y, que es la cantidad molar de M que se ha extraído tras el segundo lavado.



O, mejor, volviendo a emplear la constante D:

Ecuación (5)
La cantidad, en moles, de la sustancia que queríamos eliminar después de dos lavados se puede calcular restando a la cantidad inicial de moles del contaminante lo que eliminamos en el primer lavado [Ecuación (2)] y la cantidad disuelta en el segundo enjuague:



y después de operar queda:

Ecuación (6): moles de la porquería que quedan en el recipiente tras dos enjuagues. ¿Adivinas qué forma toma esta expresión al cabo de n lavados?

Un único enjuague

Si, por el contrario, hubiésemos realizado un único lavado con un volumen 2V, el equilibrio sería:

Equilibrio químico empleando el doble del volumen que en cada uno de los enjuagues anteriores
La suposición de que x es despreciable frente a n1 tiene más validez todavía que antes (¡hemos añadido el doble de disolvente!), de forma que la constante de equilibrio es




Despejamos z, la cantidad de M extraída tras un solo lavado:

Ecuación (7)
Vuelve a aparecer la cantidad D que es el resultado de dividir la densidad y la masa molecular del disolvente y multiplicar por la constante de equilibrio. Después de este único lavado, la cantidad de contaminante M que quedará en nuestro recipiente será:

Ecuación (8): moles de la porquería que quedan tras un solo enjuague

Conclusiones

Para saber qué cantidad es menor, n2(2) o n2', calculemos qué vale su cociente dividiendo las ecuaciones (6) y (8):



Un análisis de esta última expresión revela que el cociente n2(2)/n2' es siempre menor que la unidad, lo que implica que la cantidad de contaminante que queda en el matraz tras dos enjuagues,  n2(2),  es menor que la que queda tras un solo lavado con el doble de disolvente.  GeoGebra Hoja Dinámica

Por tanto, hemos demostrado que 

la cantidad de porquería será siempre menor en un matraz en el que se han aplicado dos lavados con un disolvente que si sólo se lava una vez con el doble volumen de disolvente. Aunque hemos demostrado la hipótesis de que la manera más eficiente de enjuagar un matraz es con pequeños volúmenes del agente limpiador, quiero que quede claro que he tomado muchas aproximaciones, entre otras:

  • No se han considerado efectos cinéticos.
  • La temperatura se mantiene constante.
  • La reacción de disolución de la porquería no incluye formación de gases ni de sólidos.
  • El volumen de M es nulo.
  • Las gallinas son esféricas y están en el vacío.
Así que, muchachetes y muchachitas, limpiad bien los cacharros antes de empezar a trabajar para evitar cosas como le sucedió a la protagonista del vídeo.


Si no quieres ser como yo, enjuaga varias veces los recipientes antes  de utilizarlos


Esta entrada participa en el XXIV Carnaval de la Química alojado en el blog el zombi de Schrödinger

viernes, 5 de abril de 2013

Entre el 23 y el 24. El resumen del 23x1 Carnaval de la Química

¡Hola a todos!

Desde molesybits sólo podemos decir:

G R A C I A S

Porque ha resultado un carnaval estupendo, con muchísimas participaciones y todas de muy buena calidad. Gracias a todos por estar ahí, en el grupo de Facebook, por Twitter o en la blogosfera difundiendo, divulgando y comentando. Os habéis volcado con el Carnaval de la Química y nos habéis ayudado muchísimo a que esta edición salga bastante bien. Me gustaría agradecer a Ismael Díaz (@Roskiencia) por lo mucho que ayudó a molesybits en los primeros días del Carnaval, a @Ununcuadio por sus consejos de valor inestimable, a Luis Moreno por su entusiasmo y dedicación (¡sigue así, chico!), a Daniel Torregrosa por estar ahí alentándonos ... en fin, a tanta gente. Un mol de gracias a todos.

Creo que nuestro Carnaval de Química goza de una salud estupenda, con numerosos afiliados que le aseguran un futuro más que prometedor. No he contado cuántos blogueros han partipado, pero creo que han sido muchos. Como es bastante complicado reunirnos a todos, me he permitido tomar una foto, algo rústica, sí, pero ahí queda.

Foto de grupo

Para mí alojar el XXIII Carnaval de la Química ha resultado una actividad intensa, pero muy satisfactoria. Intensa porque recopilar los enlaces a las entradas, añadirlos al listado y difundirlos vía twitter o por Facebook ha resultado en ocasiones agotador. Pero es algo con lo que hemos estado encantados porque toda esta actividad se ha realizado con sumo gusto a cambio de leer y aprender un montón de Química.

Venga, vamos ya con el resumen:


1) Pera ésa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión

La infatigable @Uuncuadio ha participado con ¡¡¡5!!! entradas maravillosas.

Y dale con el vino. Lo de Uuq con el vino ya viene de lejos y nos ha dado lecturas maravillosas. Ésta está dedicada a la relación entre el dióxido de azufre y el vino.
Del jabón al drug delivery: la magia química del surfactante es una interesante recopilación de algunas aplicaciones de la tensión superficial
Con Reflexiones al margen del simposio la "elementa" revisa el papel de la Historia de la Química en la formación.
Desenmascarando a fondo la cromatografía es una sencilla explicación de las bases de la cromatografía.
En La contraofensiva de los fluidos supercríticos encontraréis la aportación más friki del Elemento114.


1) El cuaderno de Calpurnia Tate

Otro bloguero incombustible, Luis Moreno Martínez, ha aportado también cinco artículos muy útiles y empeñados en acercar la Química a todos.

Alchemia, Química y libros de texto. ¿Crees que los libros de texto con el que aprenden nuestros estudiantes de secundaria están exentos de errores? ¿no? Pues échale un ojo al estudio de Luis y desengáñate.
Algodón de grafito. Luis grabó un espectacular vídeo y lo acompañó de una descripción estupenda de la alotropía. Imperdible.


Química y medio ambiente, repaso a conceptos como Química verde.
Química y periodismo: las respuestas. Luis también escribe en el blog de la Asociación Española de Comunicación Científica (AECC) y en esta entrada nos habla de las relaciones entre ciencia, periodismo y divulgación.
Química y medio ambiente: algunas respuestas. ¿Qué piensas sobre el CO2? ¿es bueno? ¿es malo? Lee esta entrada y aprende.


3) Moléculas a reacción

"Moléculas a reacción" es el título del recomendable blog de divulgación del Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (ISQCH). Sus aportaciones a este carnaval han sido:

Las hadas y los duendes se lavan los dientes ... ¿De qué está hecha una pasta de dientes? Descúbrelo en este interesante post.
¿Deberíamos llamarlo Vanadio? Descubrimiento, etimología y polémica en torno al elemento químico número 23.
¿Qué es un átomo? trata de reflexionar sobre la definición de átomo y hace una propuesta a considerar: desatomizar la Química.

Gracias a José I. García Laureiro, a Fernando Gomollón Bel y a Luis Salvatella por estas lecturas.

4) Noticias de un espía en el laboratorio


El blog más enigmático de toda la red también se ha volcado con el 23 Carnaval de la Química. Las tres entradas que nos ha regalado son:

Una tormenta en un tubo de ensayo. La Química en acción ¡Muy espectacular!
El efecto Compton: vamos a hacer rebotar fotones, dedicada al intercambio de cantidad de movimiento entre fotones y electrones.
La fiebre del oro (y de la plata) reciclados. ¿Sabes cómo funcionan las tasaciones de oro? Si la respuesta es negativa, te recomiendo este post.

5) Abaritzeta


Aitor Santisteban es el autor de este blog y nos trae dos entradas:

Mi pueblo, ¿el más contaminado? Con una cantidad enorme de datos, responde a la pregunta.
TIM, la enzima perfecta es un buen repaso de catálisis y estructura enzimáticas.


6) Bernardo Herradón


El superhéroe de la divulgación química ha aportado dos entradas:

Joseph Priestley, es una pequeña biografía sobre uno de los grandes de la Química.
Con La belleza de la ciencia: la química nos sorprende con un vídeo interesante.

7) VendoxDelgad@


Si no conocéis este blog ya estáis tardando en pasaros por él. Medicina, Química y Literatura de las buenas.


Dr. Homunculus en : Vitamina letal es un intrigante relato. Y como Mayra Gómez Kemp en el 1,2,3, hasta aquí puedo leer.
Dr. Homunculus en: La violación dormida. Otra aventura del doctor franquicia del blog de Mª Jesús.




8) Jesús Garoz Ruiz también ha realizado dos aportaciones: La sutileza de la Química y El valor de las pequeñas cosas. ¡Gracias, Jesús!

9) Francis (th)E mule Science's News nos explicó Por qué las baterías mantienen un potencial casi constante hasta que se descargan del todo de forma brusca. Interesantísimo.








10) Roskiencia ha aportado una entrada sobre Quimioluminisciencia: el luminol. Lo de el autor de este blog, Ismael Díaz, es simplemente espectacular :)

11) El nutricionista de la general (Juan Revenga) nos ha explicado ¿Qué tienen en común las manzanas y el aspartamo (aditivo E-951)?con un lenguaje muy accesible para todos los públicos. Tenéis que leerlo.

12) Desarrollan una nueva técnica de identificación química a escala nanométrica ha sido la aportación al carnaval del blog XdCiencia.




13) El fundador del Carnaval de Química, Daniel Torregrosa, no podía faltar en esta edición y nos propone otro de sus famosos acertijos desde su blog Ese punto azul pálido. ¿Has intentado resolver ya el RETO EPAP #25?

14) La Aventura de la Ciencia de Daniel Martín nos ha regalado unas imágenes preciosas contenidas en un post titulado La magia de la laguna Hutt

15) Cuanto zombi aportó una entrada hilarante y didáctica a partes iguales: El principio de exclusión explicado con urinarios. Me encanta :D

16) CienciaZional ha participado con Solubilidad o el poder de volverse invisible, interesante repaso acerca de algunas de las propiedades de las disoluciones.

17) El blog Huesca medioambiental nos explica la química en la elección del nuevo Papa en Fumata blanca, fumata negra



18) Otra entrada friki, La tabla periódica de juego de tronos en La Ciencia de la vida. El responsable es Carlos Lobato y es de lectura obligada.



19) El blog FuegoLab nos ha explicado algunos de los aspectos físicos y químicos asociados a un incendio forestal en Oxígeno, calor, vegetación y ... fuego: de Vulcano a Prometeo.

20) Comer en climas revueltos es una  interesante entrada de Los productos naturales ¡vaya timo! en la que el autor (@jmmulet) que expone las relaciones entre la eficiencia de la rubisco y el aumento de la concentración de C02 atmosférico. Muy aclarador.

21) César Tomé y su Experientia Docet aprovechan que Curiosity descubre un gradiente redox en Yellowknife Bay para poner en entredicho el tratamiento que algunos medios le dieron a la noticia.










22) JC García-Bayonas nos sorprendió a todos con un curioso acertijo en Hoy voy a proponeros un reto.

23) Manuel Sánchez nos contó una divertida/triste historia sobre El "homeópata homeopático" y la bacteria que nunca existió en Curiosidades de la Microbiología. Es de lectura obligada para defenderte de charlatanes y otros insectos.

24) Microbiota normal y principios del Microbioma es la entrada que ha aportado Reciencia. Además de interesante, se acompaña la entrada con un vídeo increíble.


25) Influenza, el virus con temporizador habla sobre la replicación del virus de la gripe. Podéis encontrar este post en blog Flagellum.

26) Sabíamos que existían aplicaciones móviles para aprender Química, pero el bueno de @scariosHR ha encontrado también juegos de alquimia para Android. Lo reporta en su blog LEET MI Explain bajo el titulo Chorrientrada: juegos de alquimia


27) Alexis Hidrobo escribe en Hablando de Ciencia ¡Amor sí, hijos no! sobre la relación entre la Química y las técnicas de anticoncepción.



28) Irene Fernández, alumna de Deborah García, ha participado en el Carnaval de la Química con Belleza cristalina, única y helada: los copos de nieve en Dimetilsulfuro.







29) Dr. Litos nos trae una de sus imaginativas historias. Esta vez se titula La unión hace el cristal y la podéis encontrar en el blog ¡Jindetrés, sal!

30) Molesybits también ha participado en el carnaval con cinco entradas:



Bueno, ya termina el 23 Carnaval de la Química y habrá que ir recogiendo los bártulos para seguir tocando en otra parte.



Lo importante es que sigamos caminando, que continuemos divulgando Química ¿Y dónde nos vamos ahora? Jeje, pues a un lugar aterrador, donde la noches son eternas y gélidas, donde los vivos están muertos y los muertos siguen vivos ... Nos vamos a:

EL ZOMBI DE SCHRÖDINGER

http://cuantozombi.com/

Mucha suerte a @cuantozombi, seguro que lo haces genial y le das un buen mordisco al Carnaval de la Química. 

Saludetes a todos y nos leemos por aquí y por allá.