Emulsiones

La emulsión es un sistema de dos fases que consta de dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en forma de glóbulos. La fase dispersa, discontinua o interna es el líquido desintegrado en glóbulos. El líquido circundante es la fase continua o externa. La suspensión es un sistema de dos fases muy semejante a la emulsión, cuya fase dispersa es un sólido. La espuma s un sistema de dos fases similar a la emulsión, en el que la fase dispersa es un gas. El aerosol es lo contrario de la espuma: el aire es la fase continua y el líquido la fase dispersa. Un agente emulsivo es una sustancia que se suele agregar a una de las fases para facilitar la formación de una dispersión estable.

A la industria le interesa más la emulsificación de aceite y agua. Las emulsiones de aceite y agua (oleoacuosas) tienen el aceite como fase dispersa en el agua, que es la fase continua. En las emulsiones hidrooleosas o de agua en aceite, el agua está dispersa en aceite, que es la fase externa. Hay ocasiones en que no está claramente definido el tipo de emulsión, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homogénea, contiene porciones de la fase contraria; una emulsión de esta clase se llama emulsión dual.

¿Qué Es El Plasma?

Es un estado de la materia, generalmente gaseoso, en el que algunos o todos los átomos o moléculas están disociados en forma de iones. Los plasmas están constituidos por una mezcla de partículas neutras, iones positivos (átomos o moléculas que han perdido uno o más electrones) y electrones negativos. Un plasma es conductor de la electricidad, pero cuando su volumen supera la llamada longitud de Debye presenta un comportamiento eléctricamente neutro. A escala microscópica, que corresponde a dimensiones inferiores a la longitud de Debye, las partículas de un plasma no presentan un comportamiento colectivo, sino que reaccionan individualmente a perturbaciones como por ejemplo un campo eléctrico.

En la Tierra, los plasmas no suelen existir en la naturaleza, salvo en los relámpagos, que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las moléculas de aire están ionizadas aproximadamente en un 20%, y en algunas zonas de las llamas. Los electrones libres de un metal también pueden ser considerados como un plasma. La mayor parte del Universo está formado por materia en estado de plasma. La ionización está causada por las elevadas temperaturas, como ocurre en el Sol y las demás estrellas, o por la radiación, como sucede en los gases interestelares o en las capas superiores de la atmósfera, donde produce el fenómeno denominado aurora.

Los plasmas pueden crearse aplicando un campo eléctrico a un gas a baja presión, como en los tubos fluorescentes o de neón. También puede crearse un plasma calentando un gas neutro hasta temperaturas muy altas. En general, las temperaturas son demasiado altas para aplicarlas externamente, por lo que se calienta el gas internamente inyectando en él iones o electrones de alta velocidad que pueden colisionar con las partículas de gas y aumentar su energía térmica. Los electrones del gas también pueden ser acelerados por campos eléctricos externos. Los iones procedentes de estos plasmas se emplean en la industria de semiconductores para grabar superficies y producir otras alteraciones en las propiedades de los materiales.

En los plasmas muy calientes, las partículas adquieren suficiente energía como para producir reacciones nucleares al colisionar entre sí. Estas reacciones de fusión son la fuente de calor en el núcleo del Sol, y los científicos intentan crear en los laboratorios plasmas artificiales donde las reacciones de fusión puedan producir energía para generar electricidad.

Conductimetría

Fundamento teórico
Las disoluciones conducen la electricidad, siendo los portadores de carga eléctrica los respectivos iones.

En un conductor se mide la resistencia como:

donde ρ es la resistividad, l la longitud del conductor y s su sección. La inversa de la resistividad κ=1/ρ se le llama conductividad.

En disoluciones se suele utilizar la conductividad equivalente que se define como la conductividad por unidad de concentración normal.

La conductividad depende de la geometría de la célula, de la concentración y de la movilidad de los iones presentes.

Una medida de la conductividad puede hacerse utilizando un puente de resistencias; pero, puesto que debe operarse con corriente alterna para evitar fenómenos de electrólisis, el puente debe ser un puente de Kohlrauch.

No parece que en un trabajo de este nivel sea oportuno este tipo de medidas que son algo complicadas tanto de equipamiento como de operación. Sin embargo, puede resultar sencillo medir variaciones relativas de esta magnitud que será de gran utilidad en las experiencias que siguen.

Una célula conductimétrica es el recipiente donde tendrá lugar la medida. Puede servir un vaso de precipitados de 250 cm³.

En general dan buenos resultados electrodos de grafito. Deberá procurarse que se monten paralelos y se fijen sólidamente para que no haya riesgo de que las dimensiones efectivas de la célula se modifiquen durante la experimentación. Una solución de emergencia consiste en utilizar como electrodos los porta filamentos de una bombilla vieja a la que se ha eliminado la bombilla de vidrio fijada a un portalámparas. En cualquier caso deberá procurarse que la disolución cubra siempre el mismo nivel de electrodo.

En el mercado existen conductímetros portátiles que pueden simplificar el trabajo. Sin embargo, tales aparatos todavía no están disponibles de modo generalizado, incluso su utilización puede ser contraproducente desde el punto de vista didáctico, al tratarse de una “caja negra” con la que el estudiante mide pero no sabe a ciencia cierta lo que mide y cómo lo mide. Si se dispone de estos aparatos, el procedimiento se limita a preparar el vaso y la bureta, verter el reactivo valorante, agitar y medir siempre en el mismo lugar y siguiendo las instrucciones del fabricante. El tratamiento de los datos es el mismo que el expuesto a continuación.

Acidimetrías y Precipitometrías

Tiene por objeto detectar el punto final de una valoración.

Disoluciones

• Disolución de hidróxido de sodio 1 M.
• Disolución de ácido clorhídrico 1 M.
• Disoluciones problema.

Material

• Vaso de 250 cm³.
• Bureta de 50 cm³.
• Fuente de alimentación en corriente alterna.
• Amperímetro y voltímetro o sistema L.A.O.
• Agitador manual o magnético, en este caso se regulará a una velocidad baja.

El dispositivo se montará como indica el esquema inferior. La corriente se regulará a unos 12 voltios de corriente alterna. En cualquier caso, es conveniente acoplar un reóstato en el circuito y buscar con un poco de experiencia la máxima sensibilidad del dispositivo concreto. Conviene también insertar un pulsador de modo que solo circule corriente en el momento de la medida.

Puesto que la geometría del problema no variará de modo significativo a lo largo de la experimentación, la medida de la resistencia es un buen estimador de la resistividad y en consecuencia, de la conductividad. Se insiste en el carácter aproximado de la medida que se hace.

Procedimiento general

Se cargará la bureta con la disolución patrón y se irá vertiendo gota a gota sobre la disolución problema, previamente medida y diluida adecuadamente si es preciso, a fin de que el volumen del caso no varíe de forma significativa.

Es recomendable que la disolución patrón esté por lo menos 10 veces más concentrada que la problema. Después de verter cada gota se agitará, se dejarán transcurrir unos segundos y se medirá la indicación de amperímetro y voltímetro. Si se consiguiera mantener la tensión constante, sería suficiente tomar nota de la intensidad.

Acidimetrías

• Ácido fuerte con base fuerte. Por ejemplo, disolución de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio.

  La reacción que tiene lugar es:
  
  Inicialmente la conductividad de la disolución ácida es grande porque los iones H⁺ tienen una movilidad muy alta. Conforme se va produciendo la neutralización, los iones H⁺ que por cada OH^– añadido desaparecen, se cambian por Na⁺ con una movilidad menor, con lo que la conductividad disminuye lentamente. Alcanzado el punto de equivalencia, la concentración de OH^– empieza a aumentar conforme se va añadiendo sosa y con ella la conductividad.

  En consecuencia, representando la conductividad frente al volumen de hidróxido añadido, deben obtenerse dos rectas cuyo punto de intersección es el punto de equivalencia. Puesto que la movilidad de los iones OH^- es menor que la de los H⁺, la pendiente de la segunda recta será menor en valor absoluto.

• Ácido débil con base fuerte.Por ejemplo, ácido acético con sosa:
  
  En este caso, inicialmente, la ionización es muy pequeña, por lo que la conductividad es baja. Esto es porque aunque los iones H⁺ tienen mucha movilidad, hay muy pocos. Al añadir hidróxido se van añadiendo iones sodio con lo que la conductividad aumenta lentamente.

  Sobrepasado el punto de equivalencia, la disolución incorpora iones OH^-, lo que se traduce en un aumento brusco de la conductividad.

Precipitometrías

Es otra técnica de valoración volumétrica. En este caso se trata de medir la concentración de un determinado ión por precipitación. Aquí la detección del punto de equivalencia suele ser bastante complicada, por lo que las valoraciones conductimétricas tienen gran utilidad.

Supóngase que se desea valorar una disolición de nitrato de plata con cloruro de sodio:

Inicialmente los iones plata se sustituyen por iones sodio, de movilidad muy semejante, por lo que la conductividad apenas varía; sin embargo, pasado el punto de equivalencia, la conductividad aumenta de forma muy brusca por aumentar la concentración iónica.

Experiencia

Valoración de una disolución de ácido clorhídrico con un disolución de hidróxido de sodio.

Reactivos

• Una disolución de hidróxido de sodio 0,1 M.
• Disolución de ácido clorhídrico problema, aproximadamente 0,1 M.

Realización

• Se verterán en el vaso 10 cm³ de disolución problema y se diluirá con agua destilada 15 veces (no es necesaria una gran precisión).
• Se montará el sistema y se procederá a ir dejando caer gota a gota la disolución valorante. Cada cm³ se efectuará una lectura de la intensidad. No son precisos muchos puntos, aunque en las proximidades del punto de equivalencia es conveniente, como en la práctica anterior y en todas las valoraciones, medir cada 0,2 ó 0,3 cm³ vertidos.
• Se construirá un diagrama de intensidad frente a volumen vertido y se intepolarán sendas rectas, y el punto de corte da el punto de equivalencia.

  Conocido éste se aplicará la relación habitual:

  V_a N_a = V_b N_b

  De modo semejante se procederá con las restantes valoraciones.

  A continuación te presentamos, en formato pdf, varios ejemplos de diagramas de valoraciones.

Osmosis Inversa

Introducción

Con el crecimiento de la población mundial la demanda de agua dulce a aumentado, si sumamos ha esto el crecimiento industrial, el tratamiento de aguas y efluentes se ha transformado en algo importantísimo para el desarrollo de esta sociedad. Es por esta razón que se ha declarado al agua como un recurso escaso, de acuerdo a la ubicación y recursos económicos de los distintos países, estos adoptan distintas técnicas de tratamientos de efluentes y aguas. Por ejemplo, en países donde la energía es barata, se opta por tratamientos como la evaporación de aguas salobres, en otros países ricos en aguas subterráneas se opta por el tratamiento de intercambio iónico. Con el desarrollo de la tecnología actual, se han creado nuevas alternativas para el tratamiento de aguas y efluentes, esta alternativa es la osmosis inversa la cual a tenido un desarrollo masivo en el campo de la desalación de aguas salobres, sobre todo en el campo industrial, reemplazando o complementando a los métodos anteriores, ya que es un método no excluyente de los otros. Y en algunos países se ha transformado en la única opción factible.

En el presente trabajo explicaremos en que consiste esta técnica, algunas de sus aplicaciones, las ventajas y desventajas respecto de los otros métodos existentes para tratamientos de aguas y se explicarán las condiciones en que opera la ósmosis inversa, la cual es solución para muchos de los problemas sobre abastecimientos de aguas y tratamiento de efluentes que hoy aquejan a poblaciones e industrias de todas partes del mundo.

Principio de la Osmosis Inversa

La Osmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solución, mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semi-permeable. Su nombre proviene de “osmosis”, el fenómeno natural por el cual se proveen de agua las células vegetales y animales para mantener la vida.

En el caso de la Osmosis, el solvente (no el soluto) pasa espontáneamente de una solución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semi-permeable. Entre ambas soluciones existe una diferencia de energía, originada en la diferencia de concentraciones. El solvente pasará en el sentido indicado hasta alcanzar el equilibrio. Si se agrega a la solución más concentrada, energía en forma de presión, el flujo de solvente se detendrá cuando la presión aplicada sea igual a la presión Osmótica Aparente entre las 2 soluciones. Esta presión Osmótica Aparente es una medida de la diferencia de energía potencial entre ambas soluciones. Si se aplica una presión mayor a la solución más concentrada, el solvente comenzará a fluir en el sentido inverso. Se trata de la Osmosis Inversa. El flujo de solvente es una función de la presión aplicada, de la presión osmótica aparente y del área de la membrana presurizada.

Los componentes básicos de una instalación típica de osmosis inversa consisten en un tubo de presión conteniendo la membrana, aunque normalmente se utilizan varios de estos tubos, ordenados en serie o paralelo. Una bomba suministra en forma continua el fluido a tratar a los tubos de presión, y, además, es la encargada en la práctica de suministrar la presión necesaria para producir el proceso. Una válvula reguladora en la corriente de concentrado, es la encargada de controlar la misma dentro de los elementos (se denominan así a las membranas convenientemente dispuestas).

Hoy en día, hay 3 configuraciones posibles de la membrana: el elemento tubular, el elemento espiral y el elemento de fibras huecas. Más del 60% de los sistemas instalados en el mundo trabajan con elementos en espiral debido a 2 ventajas apreciables:

• Buena relación área de membrana/volumen del elemento.
• Diseño que le permite ser usado sin dificultades de operación en la mayoría de las aplicaciones, ya que admite un fluido con una turbiedad más de 3 veces mayor que los elementos de fibra hueca.

Este elemento fue desarrollado a mediados de la década del 60, bajo contrato de la oficina de aguas salinas. En la actualidad estos elementos se fabrican con membranas de acetato de celulosa o poliamidas y con distinto grados de rechazo y producción.

Figura: Principios de las Osmosis Normal e Inversa.

Aplicaciones de la Osmosis Inversa

Entre 1950 y 1970, se llevaron a cabo innumerables trabajos a fin de implementar el uso de la osmosis inversa en la desalación de aguas salobres y agua de mar.

A partir de 1970, esta técnica comenzó a ser competitiva, y en muchos casos superior a algunos de los procesos y operaciones unitarios usados en concentración, separación y purificación de fluidos. Hay razones para justificar esta creciente supremacía, ya que la osmosis inversa reúne características de excepción, como:

• Permite remover la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos en el agua (hasta el 99%).
• Remueve los materiales suspendidos y microorganismos.
• Realiza el proceso de purificación en una sola etapa y en forma continua.
• Es una tecnología extremadamente simple, que no requiere de mucho mantenimiento y puede operarse con personal no especializado.
• El proceso se realiza sin cambio de fase, con el consiguiente ahorro de energía.
• Es modular y necesita poco espacio, lo que le confiere una versatilidad excepcional en cuanto al tamaño de las plantas: desde 1 m³/día, a 1.000.000 m³/día.

La osmosis inversa puede aplicarse en un campo muy vasto y entre sus diversos usos podemos mencionar:

• Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de poblaciones.
• Tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la contaminación y/o recuperación de compuestos valiosos reutilizables.
• En la industria de la alimentación, para la concentración de alimentos (jugo de frutas, tomate, leche, etc.).
• En la industria farmacéutica, para la separación de proteínas, eliminación de virus, etc.

Se han efectuado numerosas experiencias para concentrar y purificar líquidos y gases. No obstante, las aplicaciones más difundidas son las que trataremos a continuación.

Figura: Esquema básico de un sistema de ósmosis inversa.

Preparación del ácido 4-vinilbenzoico por reacción de Wittig

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Procedimiento

1.- Preparación del ácido 4-bromometilbenzoico

Se colocan 2.7 g de ácido 4-metilbenzoico y 3.6 g de N-bromosuccinimida. Añadir el peróxido
de benzoílo con cuidado de que no se adhiera al esmerilado del matraz. Por último añadir 25 ml de
clorobencen, arrastrando el sólido que pudiera haber quedado en las paredes interiores del matraz.
Seguidamente se calienta la mezcla suavemente a reflujo durante 1 hora con agitación magnético.
Tras ese periodo se enfría el matraz en un baño de hielo durante 10 minutos y se filtra el precipitado
por succión. El residuo se lava con hexano (3×10 ml) y se transfiere a un vaso de precipitado. Se
añaden 50 ml de agua y se agita durante 10 minutos para disolver la succinimida. Se filtra, de nuevo
por succión y el precipitad se lava sucesivamente con agua (2×10 ml) y hexano (2×10 ml). Se seca el
producto pasando una corriente de aire en el Büchner. Se pesa u se usa en la siguiente etapa
(determinar el punto de fusión).

2. Preparación del bromuro de 4-carboxibenciltrifenoxofosfonio

Disolver el ácido 4-bromometilbenzoico (4.30g, 20 mmol) y la frifenilfosfina (5.20g, 20mmol) en
60 ml de acetona en un matraz de 100 ml. Refluir la mezcla durante 45 minutos. Tras ese
periodo,enfriar la mezcla de reacción y filtrar la sal de fosfonio precipitada por succión. Lavar el sólido
con éter dietílico y secarlo por succión. Pesar el producto, medirle el punto de fusión y usarlo en la
siguiente etapa.

3.- Preparación del ácido 4-vinilbenzoico

Colocar el bromuro de 4-carboxibenciltrifenilfosfonio (3.76g, 8 mmol), el formaldehído acuoso
(32 ml) y 15 ml de agua en un erlenmeyer de 250 ml, equipado con agitador magnético. Agitar
vigorosamente, sujetando el erlenmeyer con una pinza y añadir una disolución de hidróxido sódico
(2.5g en 15 ml de agua). Agitar la mezcla durante 45 minutos y filtrar el precipitado por succión,
lavándolo con agua. Acidificar el filtrado, y las aguas de lavado con ácido clorhídrico concentrado y
filtrar el precipitado resultante por succión. Recristalizar el producto con etanol acuoso y pesar.
Determinar el punto de fusión