Kitabı oku: «Operaciones auxiliares elementales en laboratorio y en procesos en la industria química y afines. QUIE0308»

Capítulo 1

Operaciones básicas sencillas en el laboratorio

1. Introducción

Para llevar a cabo de forma correcta operaciones elementales en un laboratorio y en procesos de la industria química y afines es necesario tener conocimientos sobre aspectos básicos como son las materias primas, productos químicos, envases, material de acondicionamiento, etiquetado, etc.

También es muy importante saber cuáles son los aparatos y materiales, los reactivos químicos de uso habitual y sus características, y las dependencias de un laboratorio y su mobiliario.

Es imprescindible entender cómo se realizan las operaciones básicas de molienda, tamizado, precipitación, filtración, decantación, evaporación y secado.

Y finalmente es preciso adquirir conocimientos sobre técnicas de muestreo, toma de muestra para análisis microbiológico y fisicoquímico, equipos, materiales, identificación, manipulación, conservación y transporte de muestras.

2. Materias primas y productos químicos, tipos de envases, material de acondicionamiento, etc.

En la industria química se producen una multitud de procesos químicos en los que tienen lugar una serie de operaciones físicas y/o químicas de forma ordenada para transformar materias primas en productos químicos finales totalmente diferentes a estas. Estos productos químicos son los utilizados tanto en los laboratorios como en la industria en general.

2.1. Materias primas y productos químicos

Las materias primas son materiales o sustancias tomadas de la naturaleza que se transforman en otras que se convertirán en productos de consumo.

Estas materias primas se encuentran en el medio y se caracterizan por ser muy abundantes: el carbón, el petróleo y el gas natural (que son combustibles fósiles), los minerales, el aire o el agua.

Ejemplo

A partir de los minerales se obtienen los productos químicos inorgánicos.

A partir del petróleo y el gas natural, los productos químicos orgánicos como son los combustibles, carburantes o lubricantes.

A partir del agua del mar se pueden obtener sus sales disueltas como, por ejemplo, el cloruro sódico (NaCl).

A partir del aire se consiguen sus componentes mayoritarios: nitrógeno (N₂), oxígeno (O₂) o argón (Ar).

Productos químicos

Un producto químico es una sustancia formada por la unión de dos o más elementos químicos como hidrógeno (H), azufre (S), cobre (Cu), oxígeno (O), sodio (Na), potasio (K), etc., o una mezcla de sustancias que tienen una función concreta.

A la sustancia o sustancias que componen los productos químicos también se las denomina compuesto químico y, por tanto, un producto químico se puede decir que está formado por uno o varios compuestos químicos.

Normalmente, la función que tienen los productos químicos la desempeña una sola sustancia o componente aunque en el mismo existan varias. A esa sustancia se la denomina componente activo. El resto de elementos que acompañan al componente activo se utilizan para darle mejor aspecto, mejor olor, o modificar las propiedades del componente activo, como puede ser, por ejemplo, su densidad.

Nota

La densidad es una magnitud física definida como la cantidad de masa existente en el volumen de una sustancia.

Es importante tener en cuenta que un producto químico es diferente de otro cuando tienen componentes diferentes, cuando son iguales pero la cantidad presente de cada uno de ellos es distinta, o cuando tienen condiciones o estados diversos.

Ejemplo

El cloro en estado gaseoso es un producto totalmente diferente al cloro líquido envasado a alta presión.

Actividades

1. Identificar algunos ejemplos de materias primas y de productos químicos.

2. Indicar si el cloruro sódico (NaCl) y el azufre (S) son productos químicos. Razonar la respuesta.

Los productos químicos pueden estar formados por compuestos orgánicos e inorgánicos dando lugar a productos químicos orgánicos o inorgánicos:

1 Compuestos orgánicos: son sustancias que contienen como elemento químico el carbono (C), y normalmente otros componentes como pueden ser el hidrógeno (H), oxígeno (O), azufre (S), nitrógeno (N) o cloro (Cl). Por ejemplo, el metano (CH4).

Compuesto orgánico de metano

1 Compuestos inorgánicos: son sustancias que están formadas por diferentes elementos químicos, y donde el carbono es utilizado solo en algunas ocasiones. Por ejemplo, el agua (H2O).

Además, los productos químicos en la industria química pueden clasificarse en cuatro grupos según su uso:

1 Productos químicos básicos: se utilizan para la fabricación de otros productos químicos más elaborados. Se obtienen en enormes cantidades y tienen un coste relativamente bajo. Se logran en la industria química básica a partir de materias primas naturales como el petróleo, carbón, minerales, gas natural, el aire o el agua mediante una o pocas transformaciones químicas. Ejemplos: ácido sulfúrico (H2SO4), amoníaco (NH3) o etileno (C2H2).

2 Productos químicos intermedios: son compuestos estables que tienen un consumo elevado para la obtención de productos finales. Son derivados de los productos químicos básicos, y cada producto químico intermedio normalmente se utiliza para la fabricación de varios productos finales. Se diferencian de estos últimos porque no pueden ser usados directamente por el consumidor final. Ejemplos: fenol o cloruro de vinilo (PVC).

3 Productos químicos finales: son aquellos productos químicos obtenidos después de diversos procesos químicos a partir de productos químicos intermedios en la industria química transformadora. Tienen las propiedades físicas y químicas que son necesarias para su utilización por el consumidor, pero su presentación no es apta para el consumo. Se generan menos productos químicos finales que intermedios o básicos aunque el número de industrias o de procesos es mucho mayor. Ejemplos: papel o plásticos.

4 Productos químicos de consumo: son los productos químicos finales con las cantidades adecuadas, aditivos necesarios, y después de envasarse y etiquetarse. Deben cumplir la normativa correspondiente para su comercialización. Ejemplos: detergentes o lejías.

Actividades

3. Indicar si el ácido nítrico (HNO₃) y el acetileno (C₂H₂) son compuestos químicos orgánicos o inorgánicos.

4. Señalar las diferencias que existen entre los productos químicos básicos y los productos químicos finales.

2.2. Tipos de envases

Para comercializar estos productos químicos es necesario que puedan ser almacenados, manipulados y/o transportados de forma segura, y por tanto, la principal medida a adoptar después de su fabricación es la selección de un envase adecuado.

Definición

Envase

Uno o varios recipientes o cualquier otro material, cuya función es la de contención o hacer seguro su contenido.

Los tipos de envases más utilizados para contener productos químicos se muestran a continuación.

Bidón

Es un recipiente que usualmente tiene forma cilíndrica y fondo plano.

Normalmente está fabricado en metal o plástico.

Puede tener la tapa móvil para contener sólidos, o inmóvil para contener líquidos.

Tiene una capacidad máxima de 450 l.

Bidón de plástico

Jerricán o cuñete

Es un envase fabricado en plástico o en metal, con sección rectangular y con uno o varios orificios.

Normalmente se utiliza para contener líquidos.

Tiene una capacidad máxima de 60 l.

Jerricán o cuñete

Saco

Es un recipiente fabricado en papel o plástico que se suele cerrar mediante un encolado, cosido o incluso termosellado.

Se utiliza para contener sustancias en polvo.

Sacos

Envase compuesto

Está formado por un recipiente de plástico y una protección que normalmente es metálica alrededor del mismo como resguardo de este, formando ambos un envase integral.

Se utiliza para almacenar líquidos y es de grandes dimensiones.

Envase de 1.000 l de plástico con una jaula de acero

Bote

Es un envase normalmente fabricado en plástico, de sección circular y abertura superior igual o algo menor que el diámetro del cuerpo.

Se utiliza para contener sustancias sólidas o en polvo.

Su cierre normalmente es de rosca.

Bote

Frasco

Es un recipiente fabricado en cristal, con cuello estrecho y que se utiliza generalmente para contener líquidos.

En algunos casos puede estar fabricado en plástico para contener polvos, pero no es lo habitual y son envases pequeños.

Su cierre suele ser de rosca, y a veces, si son pequeños y contienen líquidos, puede llevar un gotero.

Frasco

Recuerde

Los envases de productos químicos más utilizados son: bidón, jerricán, saco, envase compuesto, bote y frasco. Cada uno está específicamente recomendado para transportar elementos líquidos, sólidos, gaseosos, o en polvo. También se utilizarán unos u otros dependiendo de las cantidades de productos que se quieran contener, ya que hay grandes diferencias de capacidades entre ellos.

Actividades

5. Señalar para qué se utiliza el bidón y qué características tiene.

6. Indicar para qué se utiliza el bote y qué características tiene.

7. Señalar para qué se utiliza el frasco y qué características tiene.

2.3. Material de acondicionamiento

El material de acondicionamiento es cualquier material del que esté fabricado el envase.

La elección del material de acondicionamiento de un producto químico es básica ya que si este no es el correcto puede tener una importante influencia en la estabilidad del producto químico, es decir, en que puedan reaccionar de una u otra manera las sustancias presentes en él.

Por ello, en el transvase de productos químicos, se debe tener especial precaución con esto, es decir, al pasar de envases de tamaño grande a envases de tamaño más pequeño.

El tipo de material de acondicionamiento más utilizado para los productos químicos y sus características se muestran a continuación.

Plástico

Resistentes a multitud de sustancias químicas y soporta bastante bien los pequeños golpes. Tiene el inconveniente de que el paso del tiempo y la exposición solar los deteriora, por ello no deben utilizarse durante un espacio superior a 5 años.

Normalmente están fabricados en polietileno, polipropileno o cloruro de polivinilo, y no son adecuados para contener productos inflamables.

Tienen formas simples, generalmente circulares, con superficies rígidas o zonas estriadas para facilitar la sujeción del envase. Los recipientes con capacidad entre 1 y 10 l deben contener un asa de sujeción, y los de mayor volumen deben tener dos de ellas para mayor seguridad y comodidad en su transporte y manipulación.

Para el cierre de los envases, lo más seguro es utilizar un cierre con tapa roscada.

Consejo

Cuando la sustancia sea líquida se debe dejar un margen de llenado para evitar que se produzcan pérdidas de la misma debido a la dilatación del plástico por un posible cambio de temperatura.

Metálico

Son los más seguros y usados en la industria química, fundamentalmente utilizados en el transporte de productos químicos mediante bidones de acero inoxidable o aluminio, de variadas dimensiones, y muy resistentes.

Para su manejo deben utilizarse carretillas elevadoras u otro elemento mecánico de transporte, y nunca realizarlo manualmente.

Se ubicarán o almacenarán en lugares muy bien ventilados, donde no incidan ni los rayos solares ni las inclemencias del tiempo, y se deben mantener a una temperatura entre –10 °C y 60 °C.

Se tienen que revisar cada cierto tiempo para comprobar su estado de conservación, ya que se tienen que cambiar al menor desperfecto, como por ejemplo, por corrosión o melladuras en los bordes.

Para el almacenamiento de líquidos inflamables se utilizarán recipientes metálicos de seguridad, de pequeño tamaño, cierre hermético y válvula de seguridad.

Definición

Válvula de seguridad

Son válvulas que están diseñadas para liberar o dejar salir un líquido o un gas cuando la presión del lugar donde se encuentren estos sea superior a una presión umbral fijada.

Cristal

Es resistente a la mayor parte de sustancias, pero tiene el importante inconveniente de que es demasiado frágil.

Se suelen utilizar solo para pequeñas cantidades, y se debe tener mucho cuidado en su transporte y manipulación, empleando habitualmente contenedores especiales para su protección.

Estos recipientes, si contuviesen productos químicos peligrosos, no deberán tener más de dos litros de capacidad, y si tuviesen más, deberán tener algún sistema de sujeción para ambas manos.

Actividades

8. Indicar cuáles son los inconvenientes de los materiales de los envases de plástico, metal y cristal.

9. Identificar cuáles son las características que deben tener los envases para líquidos inflamables.