Separando mezclas

Un antiguo alambique usado para destilar líquidos.

Hasta ahora hemos abordado diferentes tipos de mezclas y conocemos sus clases; pero también es importante poder reconocer los elementos que la integran, porque eso facilita su separación una vez que se han mezclado. Para este propósito, te mostraremos y explicaremos los distintos métodos de separación que existen y que se basan en las diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla. Algunas de estas propiedades son: punto de ebullición, densidad, punto de fusión, solubilidad, presión de vapor, etc.

Los métodos más conocidos de separación son: filtración, decantación y destilación.

La filtración consiste en retener partículas sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir en mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido. Un ejemplo es hacer pasar una mezcla de arena con agua por una malla; en la malla queda atrapada la arena, mientras que en un recipiente recuperamos el agua.

Con el experimento de las uvas te debe haber quedado claro cómo funciona la filtración. En ese ejercicio pudiste observar cómo, después de exprimir manualmente las uvas en un recipiente de plástico y obtener el jugo, el colador actuó como una barrera que separó el jugo de uvas al caer este hacia el vaso, mientras que en la malla quedaron retenidas pepas y algunas fibras de la uva. De esta forma, quedaron aparte los componentes sólidos (pepas y fibra) de los líquidos (jugo).

Por otra parte, la decantación consiste en dividir los componentes que contienen diferentes fases, como, por ejemplo, dos líquidos que no se mezclan (agua y aceite). La condición básica para usar este tipo de separación es que exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases. Eso se puede comprobar claramente en el experimento del agua y aceite que te mostramos. Al principio se puede ver que se forman dos fases: una superior, en donde se ubica el aceite, y otra inferior, donde se encuentra el agua.

La explicación de por qué el agua está abajo es que es más pesada que el aceite o, en otras palabras, posee más densidad. Y el aceite, como es menos denso, se mantiene arriba. Así, se ha producido la separación de los componentes por decantación. Incluso, puedes lograr separar ambos líquidos si viertes cuidadosamente el aceite a otro tubo de ensayo o recipiente, de forma que en el primer tubo permanezca solo el agua de la mezcla, recuperando los componentes originales de ella.

Otro método de separación conocido es la destilación, la cual consiste en apartar los componentes de una mezcla basándose en las diferencias en los puntos de ebullición  de dichos componentes.

Un compuesto de punto de ebullición bajo se considera volátil, es decir, que puede convertirse más fácilmente en vapor, en relación con otros componentes de punto de ebullición mayor. Esto queda claro cuando se desea separar el alcohol del agua.

El alcohol es más volátil que el agua (su punto de ebullición es cercano a los 78ºC, mientras que el de agua es más alto, de 100ºC); por lo tanto, al destilar una mezcla de partes iguales de estos líquidos, como el alcohol es más volátil que el agua, al calentar la mezcla se volatilizará (evaporará) más rápido que el agua, y podrá ser recuperado en otro recipiente. Después de que la temperatura aumente a 100 grados, se detiene el proceso y el agua queda en el recipiente inicial de la mezcla.

Podrás apreciar una situación similar en el experimento de destilación para separar el agua de la sal en una solución salina, es decir, agua salada. Al encender el mechero y calentar la olla que contiene la solución salina, el agua se va evaporando, y al llegar a la superficie de la tapa, que está colocada inclinada hacia el borde de la olla, se condensa. Debido a la inclinación de la tapa, las gotas de agua comienzan a precipitarse en el molde de vidrio. De esta manera se obtiene el agua, y en la olla se recobra la sal que inicialmente se utilizó para la mezcla.

Clasificación de la materia: Mezclas y sustancias puras. Separación de mezclas I Este tema trata sobre cómo se clasifican los materiales según su composición química. Las sustancias pueden ser: sustancias puras y mezclas . Se definen cada uno de los tipos de sustancias y se presentan diversos ejemplos. También se especifican las propiedades de cada uno de los tipos y se trabajan algunos ejercicios a manera de ejemplo.

¿Qué es una sustancia? Una sustancia es cualquier variedad de materia de composición definida y reconocible. Las sustancias se clasifican en sustancias puras y mezclas. ¿Qué es una sustancia pura? Una sustancia pura es un material homogéneo que siempre tiene la misma composición fija e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son siempre las mismas. Algunas pueden descomponerse mediante procesos químicos en otras sustancias más simples; por ejemplo, el Cloruro de sodio (sal común) , el azúcar.

Clasificación de las sustancias puras: Las sustancias puras se clasifican en dos tipos: elementos y compuestos; ambos son homogéneos ya que mantienen sus propiedades características. Los elementos Son también denominados sustancias simples elementales que constituyen la materia. Se combinan para formar los compuestos. Los compuestos son denominados también Sustancias Compuestas; están formados por dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas de masa. Los compuestos son muy abundantes en la naturaleza, pero también son sintetizados en el laboratorio. Los compuestos pueden descomponerse en sus elementos constitutivos o sustancias simples empleando técnicas específicas de separación. Ejemplos de algunas sustancias puras. ELEMENTOS COMPUESTOS Metales No metales Hierro (Fe) Oxígeno (O) Oxido de Aluminio ( ) Sodio (Na) Hidrógeno (H) Anhídrido Carbónico ( ) Aluminio (Al) Cloro (Cl) Acido Clorhídrico (HCl) Cobre (Cu) Azufre (S) Hidróxido de Sodio (NaOH) Zinc (Zn) Fósforo(P) Sulfato Cúprico ()

Tipos de mezclas: Mezclas homogéneas: Son las que tienen partículas indistinguibles a simple vista o con el microscopio; por ejemplo:

Los coloides: son partículas con un tamaño que oscila entre 10 -7 y 10 -5 cm. Estas mezclas tienen una fase dispersante (disolvente) y una fase dispersa (soluto); ejemplo: leche, gelatina, quesos, etc. Las soluciones: tienen un tamaño de partícula menor de 10 8 cm. y sus componentes son soluto y solvente. El soluto se disuelve en el solvente y se encuentra, generalmente, en menor proporción que éste.; ejemplo: agua de mar, limonada, te, refrescos, alcohol, etc. Mezclas heterogéneas: son aquellas en las cuales pueden reconocerse sus diversos componentes debido a la diferencia de sus propiedades. Hay dos tipos de mezclas heterogéneas: mezclas groseras y suspensiones. Mezclas groseras: Son aquellas que tienen componentes diferenciables por su gran tamaño. Por ejemplo: granito (mica, cuarzo y feldespato. Suspensiones: Son las que tienen partículas finas suspendidas en agua u otro líquido por un tiempo y luego se sedimentan; por ejemplo: arena y agua.

Ejercicio: Trata de elaborar en una hoja aparte un mapa conceptual con los conceptos estudiados hasta ahora en este trabajo; si nunca has elaborado un mapa de este tipo, pide ayuda a tu maestra(o).

Técnicas de separación de mezclas. Entre las distintas técnicas que se emplean para separar mezclas tenemos:

Procedimientos físicos: Destilación: consiste en separar dos líquidos con diferentes puntos de ebullición por medio del calentamiento y posterior condensación de las sustancias. El proceso de la destilación consta de dos fases: la primera en la cual el líquido pasa a vapor, y la segunda en la cual el vapor se condensa y pasa nuevamente a líquido. La destilación puede ser: Simple , si la muestra contiene un único componente volátil que se desea separar; Fraccionada , si la muestra contienen dos o más componentes volátiles que se separan mediante una serie de vaporizaciones-condensaciones en una misma operación .

Evaporación: consiste en separar los componentes de una mezcla de un sólido disuelto en un líquido. La evaporación se realiza en recipientes de poco fondo y mucha superficie, tales como cápsulas de porcelana, cristalizadores, etc. ( Cristalización: consiste en purificar una sustancia sólida; esto se realiza disolviendo el sólido en un disolvente caliente en el cual los contaminantes no sean solubles; luego se filtra en caliente para eliminar las impurezas y después se deja enfriar el líquido lentamente hasta que se formen los cristales.

Cromatografía: Es la técnica que se utiliza para separar los componentes de una mezcla según las diferentes velocidades con que se mueven al ser arrastradas por un disolvente a través de un medio poroso que sirve de soporte a la mezcla, y sobre la base de las cantidades relativas de cada soluto, distribuidos entre un fluido que se mueve, llamado la fase móvil y una fase estacionaria adyacente. A fase móvil puede ser un líquido, un gas o un fluido supercrítico, mientras que la fase estacionaria puede ser un líquido o un sólido según las diferentes velocidades con que se mueven al ser arrastradas por un disolvente a través de un medio poroso que sirve de soporte a la mezcla. Se conocen varias formas: Cromatografía de columna: Consiste en colocar la sustancia absorbente en un tubo de vidrio por cuyo extremo superior se adiciona la mezcla de las sustancias que se desean separar; después se agrega un disolvente apropiado para disolver las sustancias en cuestión. Cromatografía de papel: Se utiliza para separar los componentes de mezclas como la salsa de tomate o pigmentos de plantas.   Procedimientos mecánicos: Filtración: consiste en separar los componentes de una mezcla de dos fases: sólida y líquida, utilizando una membrana permeable llamada medio filtrante, a través de la cual se hace pasar la mezcla; la fase líquida pasa a través de la membrana y la fase sólida queda retenida en ella.   Tamizado: consiste en separar una mezcla de materiales sólidos de tamaños diferentes, por ejemplo granos de caraota y arena empleando un tamiz (colador). Los granos de arena pasan a través del tamiz y los granos de caraota quedan retenidos. Imantación: consiste en separar con un imán los componentes de una mezcla de un material magnético y otro que no lo es. La separación se hace pasando el imán a través de la mezcla para que el material magnético se adhiera a él: por ejemplo: separar las limaduras de hierro que se hallen mezcladas con azufre en polvo, para lo cual basta con mantener con un imán el componente magnético al fondo e inclinar el recipiente que contiene ambos materiales, para que se pueda recoger el líquido en otro recipiente. Centrifugación: consiste en la separación de materiales de diferentes densidades que componen una mezcla. Para esto se coloca la mezcla dentro de un aparato llamado centrífuga, la cual tienen un movimiento de rotación constante y rápido, lo cual hace que las partículas de mayor densidad vayan al fondo y las más livianas queden en la parte superior. Decantación: se utiliza para separar dos líquidos con diferentes densidades o una mezcla constituida por un sólido insoluble en un líquido. Si tenemos una mezcla de sólido y un líquido que no disuelve dicho sólido, se deja reposar la mezcla y el sólido va al fondo del recipiente. Si se trata de dos líquidos se coloca la mezcla en un embudo de decantación, se deja reposar y el líquido más denso queda en la parte inferior del embudo.

Trata de responder ¿cuál es la diferencia entre un procedimiento físico y un procedimiento mecánico?

Las soluciones. Unidades de concentración.

¿Qué es solución? Es una mezcla homogénea de un soluto (sustancia que se disuelve) distribuida uniformemente en un solvente (sustancia donde se disuelve el soluto).

Características de las soluciones: Son materiales ópticamente homogéneos. Están formados por dos componentes: soluto y solvente. La composición varía dentro de ciertos límites. Sus componentes se separan por cambios de fase (procedimiento físico).

Clasificación de las soluciones: Solución Saturada: es aquella que no admite más cantidad de soluto que el que está disuelto, por lo que se considera una solución en equilibrio. Solución No Saturada: contiene menor cantidad de soluto que el que se puede disolver en ella; es una solución próxima a la saturación. Solución Sobresaturada: es aquella que contiene mayor cantidad de soluto que la que corresponde a la concentración en equilibrio.

Concentración de las soluciones: La concentración expresa una relación matemática entre soluto y solvente, entre solvente y solución o entre soluto y solución. La concentración en términos cualitativos permite conocer si una solución es diluida o concentrada. Se considera que una solución es diluida cuando contiene una pequeña cantidad de soluto en relación con la cantidad de solvente, el cual se encuentra en mayor proporción. Una solución es concentrada si contiene una cantidad apreciable de soluto en relación con la cantidad de solvente.

Representación de una solución en términos cuantitativos. Una solución puede representarse en términos porcentuales, indicando la cantidad de soluto disuelto en cada cien partes de solución. Las cantidades pueden expresarse en masa o volumen, mediante tres (3) tipos de relaciones porcentuales: a): Relación masa-masa: expresa la masa de soluto en gramos disuelta en 100 gramos de solución. La fórmula a utilizar es:

b): Relación volumen-volumen: expresa el volumen de soluto en centímetros cúbicos (cc o cm 3 ) disueltos en 100 cm 3 de solución. La fórmula a utilizar es:

c): Relación masa-volumen: expresa la masa de soluto en gramos disuelta en 100 cm 3 de solución. La fórmula a utilizar es:

Propiedades de algunas mezclas importantes. Las aleaciones: son materiales formados por una mezcla de sustancias con propiedades metálicas; permiten cambiar la conductividad, dureza, maleabilidad, etc. de los metales. Podemos mencionar algunos ejemplos de aleaciones: el latón (cobre y zinc), el oro que se emplea en joyería (oro, plata y cobre) y la amalgama usada en dentistería (mercurio y plata). Otra aleación muy útil es el acero, cuya composición variable ha permitido la fabricación de varios tipos de acero con diversas propiedades. El polietileno: es un polímero con el que se fabrican materiales plásticos. Un polímero es un compuesto formado por muchas moléculas sencillas llamadas monómeros las que se unen para formar largas cadenas que son los polímeros. Las cremas para la piel: son emulsiones formadas por lípido y agua, o sea, pequeñísimas gotas de grasa dispersas en el medio acuoso. Existen diferentes tipos de cremas que varían en su composición para adaptarse a cada tipo de piel y a las necesidades de éstas: las emolientes, cuya base es la vaselina y forman una capa que eliminan las células muertas y suavizan la piel; las limpiadoras, que contienen detergentes y eliminan la grasa de la piel y los restos de maquillaje;   las humectantes, que contienen agua y evitan la deshidratación de la piel; las nutritivas, que contienen vitaminas y proteínas para conservar la piel lozana y tersa; las solares, que contienen una sustancia bloqueadora para evitar la absorción de los rayos ultravioleta.     La gasolina: es una mezcla variable de hidrocarburos volátiles que se obtiene por destilación del petróleo. El tipo de gasolina se determina por sus propiedades. La gasolina tiene la propiedad de detonar; para evitar la detonación se le agrega tetraetilo de plomo que es una sustancia antidetonante; la concentración de éste determina el octanaje del a gasolina, por ejemplo: de 95 octanos, de 91 octanos, de 83 octanos y las sin plomo; todas ellas se expenden en las bombas de gasolina; las de alto octanaje son de mejor calidad pero más costosas.