Evaporación y cristalización
Lo que vas a aprender
- Explicar por qué la evaporación recupera el sólido disuelto en una solución y la filtración no.
- Calcular la masa de sólido que se recupera de un volumen de solución con un dato de gramos por litro, y la masa de agua que se evapora.
- Calcular, con una tabla de solubilidad, la masa que cristaliza al enfriar una solución.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
La sal con que se cocina en tu casa salió del agua de mar o de minas de sal que hay bajo tierra. En las salinas de Manaure, en La Guajira, el agua de mar se deja en estanques poco profundos; el sol y el viento se encargan del resto, y al cabo de un tiempo en el fondo queda una costra blanca de sal. En una fábrica de dulces pasa algo parecido: un almíbar muy espeso se deja enfriar y en el fondo aparecen cristales de azúcar.
En la lección anterior viste que el filtro no sirve para sacar la sal del agua. En esta vas a ver dos métodos que sí sirven: la evaporación y la cristalización. Los dos se basan en propiedades que cambian con la temperatura.
Antes de empezar recuerda qué es una solución, qué son el soluto y el solvente, y qué dice una tabla de solubilidad (lo viste en la lección «La temperatura y la solubilidad», de la unidad 2).
Explicación
Por qué el filtro no basta
El agua salada es una mezcla homogénea: la sal (el soluto) está repartida en el agua (el solvente) en partículas tan pequeñas que no se ven y que atraviesan el papel de filtro. Para separarlas hay que aprovechar otra diferencia entre las dos sustancias.
Evaporación: el agua se va, el sólido se queda
El agua pasa a gas con mucha facilidad: un charco se seca al sol aunque no hierva. La sal, en cambio, no se convierte en gas a esas temperaturas. Esa diferencia en la facilidad para pasar a vapor es la propiedad que aprovecha la evaporación: si dejas que el agua de una solución se vaya al aire, el sólido disuelto se queda en el recipiente.
Hay dos maneras de hacerlo:
- Despacio, con el sol y el aire, como en las salinas. Tú puedes hacerlo en casa: pones un poco de agua con sal en un plato hondo junto a una ventana soleada y esperas varios días.
- Rápido, calentando la solución en un recipiente resistente al fuego. Esto lo hace solo el docente, como demostración, con gafas de seguridad y lejos de los estudiantes, porque el recipiente quema y la solución puede saltar al final, cuando queda poca agua.
Un detalle importante: con la evaporación el agua se pierde, porque se va al aire como vapor. Si quieres recuperar también el agua, necesitas la destilación, que verás en la próxima lección.
Las cuentas de la evaporación
La masa de una solución es la masa del soluto más la del agua. Cuando toda el agua se evapora, lo que queda en el plato es la masa del soluto, y lo que se fue al aire es la masa del agua. Si te dicen cuántos gramos de sal hay en cada litro de agua salada, la sal que recuperas de varios litros se calcula multiplicando: gramos por litro por número de litros. Recuerda que un litro tiene mil mililitros: medio litro son 500 mL.
Cristalización: lo que ya no cabe
Recuerda de la unidad 2, en la lección «La temperatura y la solubilidad», que la solubilidad de la mayoría de los sólidos aumenta con la temperatura: en agua caliente se disuelve más azúcar que en agua fría. Ahora piensa al revés. Si disuelves mucho sólido en agua caliente y luego la dejas enfriar, llega un momento en que en esa agua ya no cabe todo lo disuelto. El sólido que sobra sale de la solución y forma cristales: sólidos con caras planas y brillantes, en los que las partículas se acomodan en orden.
La masa que cristaliza se calcula con una tabla de solubilidad: es lo que había disuelto en caliente menos lo que todavía cabe en frío. Si el enfriamiento es lento, los cristales salen grandes y bien formados; si es rápido, salen pequeños.
También se forman cristales al evaporar despacio: a medida que se va el agua, queda menos solvente y el soluto que ya no cabe cristaliza. Por eso en las salinas la sal aparece en granos.
La tabla de la sal A
Para los ejemplos usaremos una sustancia a la que llamaremos sal A, con una tabla inventada. La tabla dice cuántos gramos de sal A, como máximo, se disuelven en 100 g de agua a cada temperatura: 30 g a 20 °C, 45 g a 40 °C, 70 g a 60 °C y 100 g a 80 °C. La gráfica de barras muestra los mismos datos.
Solubilidad de la sal A (datos inventados): gramos que se disuelven, como máximo, en 100 g de agua a cada temperatura. Cuanto más caliente está el agua, más sal A cabe.
Ejemplo resuelto
Sal de dos litros de agua salada
En el salón se preparan 2 L de agua salada con 30 g de sal por cada litro (datos inventados). Se deja al sol en bandejas hasta que se seca, y al raspar las bandejas se recogen 57 g de sal. ¿Cuánta sal había, cuánta se perdió y qué porcentaje se recuperó?
Ver la solución paso a paso
La sal disuelta es gramos por litro por número de litros:
$$30 \cdot 2 = 60$$
La sal no se evapora: toda se quedó en las bandejas. Lo que falta son granos que no se pudieron raspar:
$$60 - 57 = 3$$
El porcentaje recuperado:
$$\frac{57 \cdot 100}{60} = 95$$
Respuesta: Había 60 g de sal; se perdieron 3 g y se recuperó el 95 %.
Ejemplo resuelto
¿Cuánta agua se fue al aire?
Un vaso tiene 250 g de agua salada con 20 g de sal disuelta (datos inventados). Se deja en una ventana hasta que se seca por completo. ¿Cuánta agua se evaporó?
Ver la solución paso a paso
La solución es sal más agua. El agua es la masa de la solución menos la de la sal, en gramos:
$$250 - 20 = 230$$
Al secarse, en el vaso quedan solo los 20 g de sal, y los 230 g de agua se fueron al aire como vapor. Comprobamos que las dos partes suman la solución:
$$20 + 230 = 250$$
La masa se conservó: el agua no desapareció, se convirtió en vapor y se mezcló con el aire de la casa.
Respuesta: Se evaporaron 230 g de agua; en el vaso quedaron 20 g de sal.
Ejemplo resuelto
Cristales al enfriar
En 100 g de agua a 60 °C se disuelve toda la sal A que cabe y se deja enfriar despacio hasta 20 °C. ¿Cuánta sal A cristaliza? ¿Y si se hubieran usado solo 50 g de agua?
Ver la solución paso a paso
Según la tabla, a 60 °C caben 70 g de sal A en 100 g de agua, y a 20 °C solo 30 g. Lo que ya no cabe cristaliza, en gramos:
$$70 - 30 = 40$$
Con la mitad de agua cabe la mitad de sal. En 50 g de agua, a 60 °C se disuelven:
$$\frac{70 \cdot 50}{100} = 35$$
y a 20 °C caben:
$$\frac{30 \cdot 50}{100} = 15$$
Así que cristalizan:
$$35 - 15 = 20$$
Respuesta: Con 100 g de agua cristalizan 40 g de sal A; con 50 g de agua, 20 g.
Práctica
Tienes 3 L de agua salada con 25 g de sal por cada litro. ¿Cuántos gramos de sal recuperas si evaporas toda el agua sin perder nada?
Gramos por litro por litros: 25 · 3 = 75 g.
Un frasco tiene 500 mL de agua salada con 40 g de sal por cada litro. ¿Cuántos gramos de sal hay disueltos?
500 mL es medio litro, así que hay la mitad de 40 g: 40 · 0,5 = 20 g.
Un vaso tiene 180 g de agua con azúcar, con 15 g de azúcar disuelta. Si se evapora toda el agua, ¿cuántos gramos de agua se van al aire?
El agua es la solución menos el azúcar: 180 − 15 = 165 g. Los 15 g de azúcar se quedan en el vaso; 195 g sería sumar en lugar de restar.
Según la cuenta, deberías recuperar 50 g de sal, pero al raspar el plato recoges 46 g. ¿Qué porcentaje recuperaste?
46 ÷ 50 = 0,92, que es el 92 %. Los 4 g que faltan siguen pegados al plato.
Con la tabla de la sal A: en 100 g de agua a 80 °C se disuelve toda la sal A que cabe y se enfría hasta 40 °C. ¿Cuántos gramos de sal A cristalizan?
A 80 °C caben 100 g y a 40 °C solo 45 g: cristalizan 100 − 45 = 55 g.
Con la tabla de la sal A: en 200 g de agua a 40 °C se disuelve toda la sal A que cabe y se enfría hasta 20 °C. ¿Cuántos gramos cristalizan?
Con el doble de agua cabe el doble: a 40 °C se disuelven 90 g y a 20 °C caben 60 g, así que cristalizan 90 − 60 = 30 g. 15 g es lo que cristalizaría en 100 g de agua.
¿Verdadero o falso? Una solución de 120 g tiene 10 g de sal disuelta. Si se evapora toda el agua, se van al aire 110 g de agua.
La solución es sal más agua: 120 − 10 = 110 g de agua, que se van como vapor. Quedan los 10 g de sal.
¿Verdadero o falso? Con la tabla de la sal A, si 100 g de agua a 60 °C con toda la sal A que cabe se enfrían hasta 20 °C, cristalizan 70 g.
70 g es lo que había disuelto a 60 °C. A 20 °C todavía caben 30 g, que siguen disueltos: cristalizan 70 − 30 = 40 g.
Dejas un plato con agua salada al sol durante una semana y al final solo queda sal en el fondo. ¿Por qué se fue el agua y se quedó la sal?
La evaporación aprovecha que el agua se vuelve gas con facilidad y la sal no. La densidad no explica nada aquí, porque la sal estaba disuelta, y el agua no se destruye: está en el aire como vapor.
Una solución caliente de azúcar se deja enfriar y en el fondo aparecen cristales. ¿Por qué?
La solubilidad del azúcar baja al enfriar el agua. Lo que había disuelto en caliente ya no cabe en frío, y ese sobrante cristaliza.
Reto
Completa la evaporación.
Elige el número que completa cada espacio. Recuerda que la solución es soluto más agua.
Reto
Sopa de letras de la evaporación.
Busca las palabras de la lección en la sopa.
Cierre
En resumen
La evaporación recupera el sólido disuelto en una solución, porque el agua pasa a vapor con facilidad y el sólido no.
Con la evaporación el agua se pierde en el aire; para recuperarla se necesita la destilación.
La sal recuperada es gramos por litro por número de litros, y el agua evaporada es la masa de la solución menos la del soluto.
La cristalización aprovecha que la solubilidad cambia con la temperatura; lo que cristaliza es lo disuelto en caliente menos lo que cabe en frío.
Calentar una solución lo hace solo el docente, con gafas, como demostración.
Vocabulario
- Evaporación
Paso lento de un líquido a gas, desde su superficie; al evaporar el agua de una solución, el sólido disuelto se queda.
- Cristalización
Formación de cristales de un sólido que estaba disuelto, cuando el agua se evapora o cuando la solución se enfría.
- Cristal
Sólido cuyas partículas están ordenadas y forman caras planas, como los granos de sal o de azúcar.
- Soluto
La sustancia que se disuelve en una solución, como la sal en el agua salada.
- Solvente
La sustancia que disuelve al soluto; en una solución acuosa, el agua.
- Solubilidad
La mayor masa de una sustancia que se puede disolver en una cantidad de agua a una temperatura dada.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte de dónde sale la sal de cocina y qué queda en un plato en el que se secó al sol un poco de agua con sal.
- Explicación · 15 min — Evaporación, cristalización y la tabla de la sal A. Resuelva en el tablero el ejemplo de los dos litros y el de los cristales al enfriar, y comente la gráfica de barras.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas. Si es posible, deje preparado el día anterior un plato con agua salada al sol, o haga usted la evaporación con calor, con gafas de seguridad y con los estudiantes a distancia.
- Cierre · 5 min — Pida que expliquen con sus palabras en qué se diferencian la evaporación y la cristalización.
Preguntas para el salón
- Si quieren recuperar el agua del agua salada, ¿la evaporación sirve? ¿Qué se pierde?
- ¿Por qué el almíbar de un dulce casero forma cristales cuando se enfría?
- ¿Por qué en las salinas los estanques son poco profundos y anchos?
Errores típicos
- Creer que la sal también se evapora con el agua. Pese el plato antes y después del secado: la diferencia es la masa de agua, y la sal sigue ahí.
- Tomar como masa cristalizada la que había disuelta en caliente. Pida que lean en la tabla cuánto cabe todavía en frío y que lo resten.
- Olvidar pasar los mililitros a litros antes de multiplicar por los gramos por litro. Recuerde que 1000 mL son 1 L y que medio litro se escribe 0,5 L.
Tarea sugerida
Poner en casa, con permiso de un adulto, un plato hondo con agua y una cucharada de sal junto a una ventana; anotar cada día cómo cambia y dibujar los cristales que aparezcan con una lupa si la hay.