Laboratorio virtual de purificación del agua: destilación

Este laboratorio virtual de purificación del agua corresponde a la práctica obligatoria (required practical) de AQA GCSE Chemistry sobre el análisis y la purificación de muestras de agua de distintas fuentes. Los estudiantes miden el pH del agua del grifo, de mar, de lluvia y de río, y filtran el barro que haya. Después evaporan un volumen conocido en una cápsula pesada para hallar la masa de sólidos disueltos en g/dm³. Por último destilan una muestra y prueban el destilado: su pH, su punto de ebullición y si deja residuo. Cada pesada aparece en una balanza, así que los estudiantes hacen el cálculo ellos mismos. También pueden montar mal el refrigerante o el termómetro y ver qué sale mal.

Relación con el currículo

• AQA GCSE Chemistry 4.10.1.2 (agua potable) y su práctica obligatoria: análisis y purificación de muestras de agua, con el pH, la masa de sólidos disueltos y la destilación. La misma práctica aparece en AQA GCSE Combined Science: Trilogy.

Simulic no está afiliado a AQA ni cuenta con su respaldo.

Antes del laboratorio (5 min)

Pide a los estudiantes que se comprometan con una predicción:

"Destilas agua de mar, que contiene unos 35 g de sólidos disueltos por dm³. ¿Cuánto sólido disuelto contendrá el destilado?"

Algunos estudiantes esperan que la sal viaje con el vapor. Deja la pregunta abierta.

Método en la simulación

1. Pon Muestra en Agua de mar, Volumen evaporado en 50 cm³, marca Filtrar antes de evaporar, Balanza 0,01 g y Montaje correcto.
2. Sigue los botones numerados: mide el pH, filtra, pesa la cápsula vacía (m₁), añade la muestra, evapora y vuelve a pesar (m₂). Calcula los sólidos disueltos = (m₂ − m₁) ÷ volumen en dm³.
3. Destila 100 cm³ de muestra. Observa la temperatura del matraz y el termómetro lateral, recoge al menos 20 cm³ y apaga el calor.
4. Prueba el destilado: pH, punto de ebullición y residuo tras evaporar.
5. Repite con agua del grifo, de lluvia y de río. Para el agua de río, usa 100 cm³ y la balanza de 0,001 g, y hazlo una vez filtrada y otra sin filtrar.
6. Prueba Montaje: termómetro en el líquido, y agua de refrigeración entrando por arriba.

Muestra	pH	¿Filtrada?	V (cm³)	m₁ (g)	m₂ (g)	Residuo (g)	Sólidos disueltos (g/dm³)
Mar		sí	50
Grifo		sí	100
Lluvia		sí	100
Río		sí	100
Río		no	100

Resultados esperados

Lecturas de la simulación (pH con pH-metro; el indicador redondea a números enteros):

Muestra	pH	Sólidos disueltos (g/dm³)
Mar	8,1	35,0 (residuo de 1,75 g a partir de 50 cm³)
Grifo	7,4	0,300
Río, filtrada	7,0	0,200
Río, sin filtrar	7,0	0,350
Lluvia	5,6	0,010 (residuo de solo 0,001 g)

• El agua de mar es, con diferencia, la que tiene más sólidos disueltos. El agua de río turbia, una vez filtrada, tiene menos sólido disuelto que el agua del grifo. El barro está en suspensión, no disuelto.
• Filtrar elimina los 0,15 g/dm³ de limo del agua de río, pero nada del agua de mar: la sal atraviesa el papel de filtro.
• El agua de lluvia es ácida (pH 5,6) por el CO₂ disuelto, y aun así casi no tiene sólidos. Su residuo está cerca de la resolución de la balanza, así que el resultado es muy incierto.
• Durante la destilación, el agua de mar del matraz hierve a 100,5 °C. Llega a 101,5 °C a medida que se concentra, mientras el termómetro lateral marca 100,0 °C.
• El destilado tiene pH 7,0 (pH-metro 6,9–7,1), hierve exactamente a 100,0 °C y deja 0,00 g de residuo.
• Con el bulbo del termómetro en el líquido, marca 101,4 °C en lugar de la temperatura del vapor. Con el agua de refrigeración entrando por arriba, se escapa vapor y la ejecución automática recoge 29 cm³ en lugar de 53 cm³.

Preguntas para los estudiantes

1. (Predicción, se repite después del laboratorio) ¿Cuánto sólido disuelto contendrá el destilado del agua de mar?
2. ¿Qué variable hay que controlar al comparar los sólidos disueltos de distintas muestras?
3. ¿Cuál es la masa de sólidos disueltos del agua de mar, en g/dm³?
4. A partir de dos ensayos con agua de río, ¿cuál es la masa de sólidos en suspensión por dm³?
5. ¿Qué resultados muestran que el destilado es agua pura y por qué funciona la destilación?

Respuestas para el docente: (1) Casi nada: 0,00 g de residuo. (2) Si la muestra se filtra antes de evaporar. (3) 35,0 g/dm³ (se acepta 34,6–35,4). (4) 0,35 − 0,20 = 0,15 g/dm³ (se acepta 0,13–0,17). (5) pH 7, un punto de ebullición constante de 100,0 °C y ningún residuo. El agua hierve y se condensa, y los sólidos disueltos se quedan en el matraz.

Ideas erróneas frecuentes

• "El agua turbia es la que tiene más sólidos disueltos." La turbidez es limo en suspensión. El agua de río filtrada tiene menos sólido disuelto que el agua del grifo.
• "Filtrar hace que el agua sea pura." El papel de filtro solo retiene las partículas insolubles. Las sales disueltas lo atraviesan sin más.
• "El agua limpia tiene que ser neutra." El agua de lluvia casi no tiene sólidos, pero tiene pH 5,6.
• "El agua potable es agua pura." El agua del grifo es segura para beber, pero aun así deja 0,300 g/dm³ de sales disueltas.

Ampliación

• Muestra desconocida: elige Muestra desconocida e identifícala por su pH y sus sólidos disueltos. Puede ser agua salobre de estuario, agua mineral, un arroyo ácido de turbera o agua de estanque.
• Precisión: evapora 10 cm³ de agua del grifo con la balanza de 0,01 g y luego 100 cm³ con la de 0,001 g. Pregunta por qué el primer resultado casi no sirve.

Preguntas frecuentes

¿Todos los estudiantes obtienen los mismos resultados?

Con las cuatro muestras conocidas, sí, salvo el redondeo de la balanza de unos ±0,01 g. Por eso las preguntas 3 y 4 aceptan un pequeño intervalo. Solo la Muestra desconocida es al azar.

¿Por qué evaporar al baño María?

El baño María calienta suavemente, así que el residuo no salta fuera de la cápsula. La simulación hace lo mismo.

¿Por qué la temperatura del matraz sube por encima de 100 °C?

Los sólidos disueltos elevan el punto de ebullición de la disolución. A medida que el agua se evapora, la disolución se concentra, así que su punto de ebullición sube poco a poco. El vapor que llega al brazo lateral es agua pura a 100 °C.

Simulaciones y guías relacionadas

Separación de mezclas: decantación, filtración, evaporación, embudo de decantación, destilación Colores a la llama de los grupos 1 y 2 y tratamiento de la dureza del agua

Para la acidez y los indicadores, consulta el plan de clase sobre la escala de pH. Para la ebullición y la condensación a nivel de partículas, consulta el plan de clase sobre los estados de la materia.