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Física y Química 3.º ESO · Métodos de separación de mezclas

Ampliación: cromatografía en papel de las tintas de rotulador

Objetivo: Al terminar, sabrás realizar una cromatografía en papel de tintas o pigmentos, medir las distancias recorridas y calcular el factor de retención (Rf) para comparar e identificar los componentes.

Explicación

Material

Tiras de papel de filtro (sirve el de cafetera) de unos 3 cm × 15 cm.
Rotuladores de colores solubles en agua (el negro y el marrón dan buenos resultados).
Vaso de precipitados (o vaso de cristal), agua y, si se quiere, alcohol de farmacia.
Lápiz, regla y una pinza o clip para colgar la tira.

Procedimiento

Traza con lápiz una línea a 2 cm del borde inferior de la tira (la línea de partida).
Sobre ella, haz un punto pequeño e intenso con cada rotulador, separados entre sí. Repasa el punto varias veces dejándolo secar.
Echa agua en el vaso hasta 1 cm de altura: el nivel debe quedar por debajo de los puntos.
Cuelga la tira con la pinza de modo que el borde quede sumergido sin tocar las paredes del vaso.
Espera a que el agua suba unos 10–12 cm. Saca la tira y marca con lápiz hasta dónde ha llegado el agua: es el frente del disolvente.
Deja secar la tira y mide desde la línea de partida hasta el frente y hasta el centro de cada mancha.

El factor de retención (Rf)

Para comparar cromatogramas aunque el disolvente no haya subido lo mismo se calcula el factor de retención de cada mancha:

$R_f = \frac{\text{distancia recorrida por la sustancia}}{\text{distancia recorrida por el disolvente}}$

Siempre está entre 0 y 1 y no tiene unidades.
Con el mismo papel y el mismo disolvente, cada sustancia tiene un Rf característico: si dos manchas tienen el mismo color y el mismo Rf, probablemente son la misma sustancia.

Puntos clave

La línea de partida se marca con lápiz: el grafito no se disuelve ni se mueve.
Los puntos de tinta deben quedar por encima del nivel del disolvente.
Se marca el frente del disolvente en cuanto se saca la tira.
$R_f = \dfrac{\text{distancia de la mancha}}{\text{distancia del disolvente}}$ , entre 0 y 1, sin unidades.
Mismo color y mismo Rf (con el mismo disolvente) indican, probablemente, la misma sustancia.

Errores frecuentes

ErrorMarcar la línea de partida con bolígrafo o rotulador.
Cómo corregirloLa tinta del bolígrafo también se separaría y estropearía el cromatograma: usa lápiz.
ErrorMedir las distancias desde el borde del papel.
Cómo corregirloMide siempre desde la línea de partida, tanto la mancha como el frente.
ErrorUsar agua con rotuladores permanentes y concluir que su tinta es pura porque no se mueve.
Cómo corregirloSu tinta no se disuelve en agua: no avanza. Prueba con alcohol como disolvente.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. La práctica en el aula experimental
Se hace la cromatografía de un rotulador negro, uno marrón y uno verde con agua. Al cabo de 15 min, el negro da manchas azul, roja y amarilla; el marrón, manchas roja y amarilla; el verde, manchas azul y amarilla. ¿Qué conclusiones se pueden sacar?

Resolución
- Ninguna de las tres tintas es una sustancia pura: todas son mezclas de colorantes.
- Si las manchas del mismo color llegan a la misma altura, es probable que los fabricantes usen los mismos colorantes: el negro sería una mezcla de azul, rojo y amarillo; el marrón, de rojo y amarillo; el verde, de azul y amarillo.
- Para afirmarlo con más seguridad habría que comparar los Rf.
Ejemplo 2. Calcular el factor de retención numérico
En una cromatografía, el disolvente ha subido 12 cm desde la línea de partida. Las manchas de una tinta están a 9,6 cm (amarilla), 6,0 cm (roja) y 2,4 cm (azul). Calcula el Rf de cada colorante.

Resolución
$R_f(\text{amarillo}) = \frac{9{,}6}{12} = 0{,}80 \qquad R_f(\text{rojo}) = \frac{6{,}0}{12} = 0{,}50 \qquad R_f(\text{azul}) = \frac{2{,}4}{12} = 0{,}20$ El colorante amarillo es el más arrastrado por el disolvente; el azul, el que más queda retenido en el papel.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
a) ¿Por qué la línea de partida se dibuja con lápiz y no con bolígrafo? b) ¿Qué pasaría si el nivel del agua del vaso estuviera por encima de los puntos de tinta?

Ver solución
a) El grafito no se disuelve ni se mueve; la tinta del bolígrafo sí. b) La tinta se disolvería en el agua del vaso y no subiría por el papel.
a) El grafito del lápiz no se disuelve en el disolvente y se queda donde está; la tinta del bolígrafo podría disolverse, avanzar y mezclarse con las manchas que queremos estudiar. b) Las tintas se disolverían en el agua del vaso en lugar de ser arrastradas por el papel: no se obtendría cromatograma.
2. Media
El disolvente ha subido 8 cm desde la línea de partida. Una tinta da dos manchas, a 2 cm y a 6 cm. Calcula el Rf de cada una.

Ver solución
0,25 y 0,75
$R_f = \dfrac{2}{8} = 0{,}25$ ; $R_f = \dfrac{6}{8} = 0{,}75$ .
3. Media
Un alumno hace la cromatografía de un rotulador permanente con agua y el punto no se mueve. Dice: «Esta tinta es una sustancia pura». ¿Tiene razón? ¿Qué harías para comprobarlo?

Ver solución
No: la tinta no se disuelve en agua, por eso no avanza. Repetiría la cromatografía con alcohol.
No necesariamente. Para que un componente avance, tiene que disolverse en el disolvente. La tinta de los rotuladores permanentes no es soluble en agua, así que no se mueve. Habría que repetir la cromatografía con un disolvente en el que se disuelva, como el alcohol: probablemente aparecerán varias manchas.

Para practicar más

1. Media
Haz en casa la cromatografía de dos rotuladores de color oscuro con papel de filtro de cafetera y agua. Pega o dibuja el cromatograma, mide las distancias y calcula el Rf de cada mancha. Escribe una conclusión.

Ver solución
Respuesta abierta: cromatograma, tabla de distancias y Rf, y conclusión (las tintas son mezclas de colorantes…).
Se valora: procedimiento correcto (línea a lápiz, puntos por encima del agua, frente marcado), tabla con distancias medidas desde la línea de partida, Rf calculados (entre 0 y 1) y una conclusión razonada, por ejemplo: «la tinta marrón es una mezcla de un colorante rojo y uno amarillo».
2. Difícil
Supón que, con un disolvente determinado, el colorante amarillo de unos caramelos tiene un Rf de 0,60. En la cromatografía de una gominola con ese disolvente, el frente sube 8 cm y aparece una mancha amarilla a 4,8 cm. Otra gominola da una mancha amarilla a 6,3 cm con el frente a 9 cm. ¿Cuál de las dos puede contener ese colorante?

Ver solución
La primera (Rf = 0,60). La segunda tiene Rf = 0,70: es otro colorante.
Primera: $R_f = \dfrac{4{,}8}{8} = 0{,}60$ → coincide: puede ser el mismo colorante. Segunda: $R_f = \dfrac{6{,}3}{9} = 0{,}70$ → no coincide: es otro colorante amarillo (aunque el color sea parecido).
3. Media
Para hacer la cromatografía de los pigmentos de las espinacas se machacan unas hojas en un mortero con un poco de alcohol, se filtra el líquido verde y se pone una gota en el papel, repitiendo varias veces sobre el mismo punto y dejando secar entre gota y gota. a) ¿Por qué se usa alcohol y no agua? b) ¿Por qué se repite la gota varias veces? c) ¿Qué método de separación se usa antes de la cromatografía?

Ver solución
a) Los pigmentos se disuelven en alcohol y no en agua. b) Para que haya suficiente pigmento y las manchas se vean. c) La filtración.
a) Los pigmentos de las hojas (clorofilas y carotenoides) se disuelven en alcohol pero apenas en agua; con agua no se extraerían ni avanzarían por el papel. b) Para concentrar el pigmento en un punto pequeño: con una sola gota las manchas serían muy débiles. Se deja secar para que el punto no se extienda. c) La filtración, para separar los restos sólidos de las hojas del extracto líquido.