Mezcla.-
Agregación de sustancias sin interacción química entre ellas. Las propiedades de las mezclas varían según su composición y pueden depender del método o la manera de preparación de las mismas.
Mezcla azeotrópica, disolución que contiene la misma proporción de componentes químicos antes y después de la destilación. El ejemplo más común es una disolución de 4,43% de agua y 95,57% de etanol. Los componentes de dichas mezclas no pueden separarse por destilación ordinaria, pero la adición de otro producto químico puede hacer posible la separación, por ejemplo la adición de benceno a la disolución anterior de alcohol/agua.
Los componentes individuales en una ‘mezcla heterogénea’ están físicamente separados y pueden observarse como tales. Estos componentes se pueden recuperar por procedimientos físicos, como la filtración, la decantación o la separación magnética.
En una ‘mezcla homogénea’ o disolución el aspecto y la composición son uniformes en todas las partes de la misma. El componente que está en mayor proporción y que generalmente es líquido se denomina disolvente, y el que está en menor proporción soluto. Las disoluciones pueden ser sólidas y gaseosas, pero la mayoría de ellas son líquidas.
Uno
de los trabajos rutinarios en los laboratorios es la separación de los
componentes de una mezcla, ya sea homogénea o heterogénea, para obtener de la
materia las partes que la constituyen. Los procesos de separación dependen del
tipo de mezcla y componentes que la forman, Las técnicas o los métodos dependen
de las propiedades físicas y químicas de dichos componentes; por ejemplo, los
métodos mecánicos corno decantación, filtración, evaporación, entre otros.
Podemos mencionar a la industria vinícola: para obtener el alcohol utiliza la
destilación como método de separación, para ello necesario conocer el punto de
ebullición del alcohol y del agua.
Por
otra parte, en tina mezclar las concentraciones del soluto son indispensables,
ya que así podernos decidir si el suministro o el consumo de una mezcla puede
ocasionar daños a la salud o al medio ambiente. Las etiquetas de diversos
productos nos dan información sobre las diferentes cantidades de sustancia
utilizadas en su elaboración y, de esta forma, conocer la concentración. La
etiqueta de un perfume, por ejemplo, tiene información acerca de la esencia que
contiene. Si un perfume de 12 ml no indica en su etiqueta que contiene 1 S % de
esencia y 8S% de fijador, es decir, el solvente, podemos deducir que tiene 18.75
ml de esencia y 106.25 ml de solvente.
En
el mundo que nos rodea vemos una gran variedad de mezclas, como los refrescos,
los electrolitos de sabor, las capas de la tierra, la arena de la playa, etcétera.
Sin embargo, cada una tiene propiedades únicas por las cuales se diferencian
entre ellas.
Todo
lo que nos rodea corresponde en su mayoría a la combinación de diferentes
sustancias, por ejemplo, tu banca del salón de clases está constituida de
madera, metal, plástico y pintura; tu uniforme está hecho de tela y plástico, y
así muchos objetos de nuestro alrededor. La combinación de estas sustancias es
a lo que llamamos mezcla.
Homogéneas
y heterogéneas
Mezcla
es aquella que se forma cuando se combinan dos o más sustancias en proporción
variable, y cada una conserva sus propiedades originales.
En
la formación de una mezcla podemos observar lo siguiente:
•
No es fija la proporción en que intervienen las sustancias al mezclarse.
•
En general, no hay manifestación de energía (calorífica, mecánica, eléctrica,
etcétera).
•
Los componentes de una mezcla pueden separarse mediante procedimientos simples
de manera mecánica o física.
•
Los componentes de una mezcla conservan siempre sus propiedades originales.
Por
su apariencia física, las mezclas pueden clasificarse en dos grupos: homogéneas
y heterogéneas.
Las
mezclas homogéneas son aquellas que se forman cuando las sustancias están
unidas física y uniformemente, es decir, son miscibles (pueden mezclarse entre
sí). Este tipo de mezclas es la que forma a las soluciones; mientras que las
mezclas heterogéneas son lo contrario: no forman disoluciones, pues sus
componentes pueden distinguirse a simple vista, por lo tanto no son miscibles;
esto significa que una no puede disolverse en otra.
En
el caso de las mezclas homogéneas, la cantidad del soluto es una forma de
conocer la concentración de la disolución. Dichas soluciones pueden ser
sólido-líquido líquido-líquido. La concentración que se realiza en términos de
porcentaje, se expresa
Porcentaje
en masa
La
concentración de las soluciones puede expresarse en términos de porcentaje (%)
de la masa que se encuentra en una disolución. Este porcentaje se define como
la masa del soluto entre la suma de las masas del soluto y del disolvente
multiplicado por 100, es decir:
%
en masa =[ Masa del soluto / (Masa del soluto + Masa del solvente) ] X 100
Pero
como sabemos que una solución está dada por la suma del soluto y del solvente,
también el porcentaje en masa puede representarse por:
%
en masa =[ Masa del soluto / (Masa de la solución) ] X 100
Porcentaje
en volumen
Cuando
se presentan soluciones donde tanto el soluto como el solvente son líquidos,
entonces se calcula el porcentaje en volumen de disolución. Para ello, se
aplica la siguiente expresión:
%en
volumen =[ Volumen del soluto / (Volumen del soluto + Volumen del solvente ) ]
X 100
Al
igual que en el porcentaje en masa, se forma una solución entre el soluto y el
solvente, por lo que ahora tenemos:
%
en Volumen =[ Volumen del soluto/ (Volumen de la solución) ] X 100
Métodos
de separación de mezclas
con
base en las propiedades físicas de sus componentes
En
química, un proceso de separación se usa para transformar una mezcla de
sustancias en dos o más productos distintos. Los productos separados podrían
diferir en propiedades químicas o algunas propiedades físicas, tales como el
tamaño o tipo de cristal.
Salvo
muy pocas excepciones, casi todos los elementos químicos o compuestos químicos
se encuentran naturalmente en un estado impuro, tales como una mezcla de dos o
más sustancias. Muchas veces surge la necesidad de separarlos en sus
componentes individuales. Las aplicaciones de separación en el campo de la
ingeniería química son muy importantes. Un buen ejemplo es el petróleo. El
petróleo crudo es una mezcla de varios hidrocarburos y tiene valor en su forma
natural. Sin embargo, la demanda es mayor para varios hidrocarburos
purificados, tales como gas natural, gasolina, diésel, combustible de jet,
aceite lubricante, asfalto, etc.
Los
procesos de separación pueden ser clasificados como procesos de transferencia
de masas. La clasificación puede basarse en los medios de separación, mecánico
o químico. La elección de la separación depende de una evaluación de ventajas y
desventajas de cada uno. Las separaciones mecánicas suelen ser favorecidas en
lo posible, debido al menor costo de operación comparado con las separaciones
químicas. Los sistemas que no pueden ser separados por medios puramente
mecánicos (por ejemplo, el petróleo) hacen que la separación química sea la
solución restante. La mezcla a tratar puede ser una combinación de dos o más
estados de agregación.
Dependiendo
de la mezcla cruda, se pueden utilizar varios procesos para separar las
mezclas. Muchas veces tienen que usarse dos o más procesos en combinación, para
obtener la separación deseada. Además de los procesos químicos, también pueden
aplicarse procesos mecánicos.
Tipos de procesos de separación
Ø Separación
por calor
§ Destilación,
usada para mezclas de líquidos termoestables, con diferentes puntos de fusion,
o para sólidos disueltos en un líquido.
§ Secado,
la eliminación de líquido de un sólido por vaporización.
§ Evaporación
Ø Adsorción.
Ø Centrifugación
y ciclón, basados en diferencia de densidad.
Ø Cromatografía,
que involucra la separación de sustancias disueltas diferentes (fase móvil) que
fluyen a través de un material o fase estacionaria. Las sustancias disueltas de
la fase móvil se separan sobre la base de su interacción con la fase
estacionaria.
Ø Cristalización
Ø Decantación
Ø Electroforesis,
basado en la respuesta de las moléculas en un gel, a un campo eléctrico.
Ø Electrólisis
Ø Elutriación
Ø Extracción
§ Lixiviación
§ Extracción
líquido-líquido
§ Extracción
en fase sólida
Ø Floculación,
basado en diferencias de densidad, utilizando un floculante como un jabón o
detergente.
Ø Filtración
Ø Precipitación
Ø Recristalización
Ø Sedimentación,
basado en diferencia de densidades.
§ Separación
gravítica
Ø Separación
magnética, basado en propiedades magnéticas.
Ø Tamizado
Ø Sublimación
Ø Fusión
por zonas
La destilación
Es
la operación de separar las distintas sustancias que componen una mezcla
líquida mediante vaporización y condensación selectivas. Dichas sustancias, que
pueden ser componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases
licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada
una de ellas, ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada
sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen, aunque sí en
función de la presión.
La vaporización
Es
el principal proceso mediante el cual una sustancia cambia de estado líquido a
gaseoso.
Se
denomina ebullición cuando el cambio de estado ocurre por aumento de la
temperatura en el interior del líquido; el punto de ebullición es la
temperatura a la cual un líquido determinado hierve (a una presión dada), y
permanece constante mientras dure el proceso de cambio de estado.
Se
le denomina evaporación cuando el estado líquido cambia lentamente a estado
gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión
superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se produce a
cualquier temperatura, siendo más rápida cuanto más elevada esta.
La evaporación
Es
un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido
hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la
tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede
producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea
esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición.
La adsorción
Es
un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en
la superficie de un material en contraposición a la absorción, que es un
fenómeno de volumen. Es decir, es un proceso en el cual por ejemplo un
contaminante soluble (adsorbato) es eliminado del agua mediante el contacto con
una superficie sólida (adsorbente). El proceso inverso a la adsorción se conoce
como desorción.
En
química, la adsorción de una sustancia es la acumulación de una sustancia en
una determinada superficie interfacial entre dos fases. El resultado es la
formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo
sólido o líquido.
La
adsorción es el proceso mediante el cual un sólido poroso (a nivel
microscópico) es capaz de retener partículas de un fluido en su superficie tras
entrar en contacto con éste.
La centrifugación
Es
un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente
densidad por medio de una fuerza giratoria. La fuerza centrífuga es provista
por una máquina llamada centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un
movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de
los sólidos o de las partículas de mayor densidad.
Los
componentes más densos de la mezcla se desplazan fuera del eje de rotación de
la centrífuga, mientras que los componentes menos densos de la mezcla se
desplazan hacia el eje de rotación. De esta manera los químicos y biólogos
pueden aumentar la fuerza de gravedad efectiva en un tubo de ensayo para
producir una precipitación del sedimento en la base del tubo de ensayo de
manera más rápida y completa.
La cromatografía
Es
un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, la
cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia. Es un conjunto de
técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es
separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y
determinar las cantidades de dichos componentes. Diferencias sutiles en el
coeficiente de partición de los compuestos dan como resultado una retención
diferencial sobre la fase estacionaria y, por tanto, una separación efectiva en
función de los tiempos de retención de cada componente de la mezcla.
La
cromatografía puede cumplir dos funciones básicas que no se excluyen
mutuamente:
Separar los componentes de la mezcla, para
obtenerlos más puros y que puedan ser usados posteriormente (etapa final de
muchas síntesis).
Medir la proporción de los componentes de
la mezcla (finalidad analítica). En este caso, las cantidades de material
empleadas suelen ser muy pequeñas.
La cristalización
Es
un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los
iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina,
la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante
frecuencia en Química para purificar una sustancia sólida.
Decantación
En
la decantación se separa un sólido o líquido más denso de otro fluido (líquido
o gas) menos denso y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla.
Es
un proceso importante en el tratamiento de las aguas residuales.
No
debe ser confundida con la sedimentación, que es la separación por gravedad de
los sólidos suspendidos en el agua (arena y materia orgánica).
La electroforesis
Es
una técnica para la separación de moléculas según la movilidad de éstas en un
campo eléctrico. La separación puede realizarse sobre la superficie hidratada
de un soporte sólido (p. ej., electroforesis en papel o en acetato de
celulosa), a través de una matriz porosa (electroforesis en gel), o bien en
disolución (electroforesis libre). Dependiendo de la técnica que se use, la
separación obedece en distinta medida a la carga eléctrica de las moléculas y a
su masa.
La electrólisis
O
electrolisis es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio
de la electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en
el cátodo (una reducción) y la liberación de electrones por los aniones en el
ánodo (una oxidación).
La Elutriación
Un
elutriador o hidroseparador es un equipo utilizado en metalurgia, para separar
partículas de diferente densidad y tamaño.
Está
compuesto por una serie de tubos, con diámetros decrecientes, donde se obtiene
una fracción de partículas determinada por la velocidad de sedimentación y la
velocidad ascensional del agua que es introducida por la parte inferior del
primer tubo. En los tubos siguientes, la alimentación viene procedente de la
parte superior del tubo anterior, realizándose el mismo efecto.
La Extracción
En
química, la extracción es un procedimiento de separación de una sustancia que
puede disolverse en dos disolventes no miscibles entre sí, con distinto grado
de solubilidad y que están en contacto a través de una interface. La relación
de las concentraciones de dicha sustancia en cada uno de los disolventes, a una
temperatura determinada, es constante.
La Lixiviación
O
extracción sólido-líquido, es un proceso en el que un disolvente líquido pasa a
través de un sólido pulverizado para que se produzca la disolución de uno o más
de los componentes solubles del sólido.
La extracción (separación) líquido-líquido
También
conocida como extracción con solventes o extracción con disolventes, es un
proceso químico empleado para separar una mezcla de líquidos aprovechando la
diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos líquidos inmiscibles o
parcialmente miscibles (por ejemplo, agua y cloroformo, o éter etílico y agua).
Microextracción en fase sólida
(MEFS)
o SPME (por sus siglas en inglés) es una técnica utilizada en química analítica
para extraer compuestos químicos para su posterior identificación.
La
MEFS puede ser entendida como un una columna capilar de cromatografía de gases
(CG) muy corta abierta al exterior. La MEFS es una fibra cubierta con una fase
que sirve para la extracción, que puede estar constituida de un polímero
líquido o un sorbente sólido. Esta capa puede extraer diferentes tipos de
moléculas, volátiles o no volátiles, de diferentes tipos de medios en fase
líquida o gaseosa. La cantidad de moléculas extraídas por la fibra es
proporcional a su concentración en la muestra, siempre y cuando se alcance el
equilibrio termodinámico. En caso de que la extracción se realice en tiempos
cortos la agitación manual de la muestra acelara el proceso de extracción.
El
segundo paso es la desorción de los compuestos extraídos en el paso previo para
su posterior análisis.
Luego
de la extracción, la fibra de MEFS es transferida al puerto de inyección del
instrumento de separación (generalmente un aparato de cromatografía de gases),
donde la desorpción de las moléculas toma lugar. La cromatografía de gases
permite cuantificar los compuestos separados y en algunos casos identificarlos,
pero si el análisis lo requiere, la espectrometría de masas (EM) es más
cualitativa.
La floculación
Es
un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas
floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua,
facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.
La Filtración
Se
denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión
por medio de un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo,
filtro. En una suspensión en un líquido mediante un medio poroso, retiene los
sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y
partículas de menor tamaño de la porosidad
La Precipitación
Un
precipitado es el sólido que se produce en una disolución por efecto de
cristalización o de una reacción química. A este proceso se le llama
precipitación. Dicha reacción puede ocurrir cuando una sustancia insoluble se
forma en la disolución debido a una reacción química o a que la disolución ha
sido sobresaturada por algún compuesto, esto es, que no acepta más soluto y que
al no poder ser disuelto, dicho soluto forma el precipitado.
La Recristalización
Se
repite el proceso de cristalización en una disolución que ya se había hecho
dicho proceso. Las aguas que quedan aún contienen soluto disuelto que puede
cristalizarse. Para un proceso de cristalización más rápido, aplicar un núcleo
de cristalización.
La sedimentación
Es
el proceso por el cual el sedimento en movimiento se deposita. Un tipo común de
sedimentación ocurre cuando el material sólido, transportado por una corriente
de agua, se deposita en el fondo de un río, embalse, canal artificial, o
dispositivo construido especialmente para tal fin.
La separación gravítica
Es
un método industrial de separación de dos componentes de la suspensión o
cualquier otra mezcla heterogénea, cuando la separación de los componentes con
la gravedad es lo suficientemente práctico. Todos estos métodos son comunes en
el sentido de que todos utilizan la gravedad como la fuerza dominante.
La separación magnética
Es
un proceso que sirve para separar dos sólidos (en la que uno de los cuales debe
ser ferroso o tener propiedades magnéticas). El método consiste en acercar un
imán a la mezcla a fin de generar un campo magnético, que atraiga al compuesto
ferroso dejando solamente al material no ferroso en el contenedor.
La tamización
O tamizar es un método físico para separar
mezclas en el cual se separan dos sólidos formados por partículas de tamaño
diferente.
Consiste
en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o un
colador. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz o colador
atravesándolo y las de mayor tamaño quedan retenidas por el mismo. Un ejemplo
podría ser: si se saca tierra del suelo y se espolvorea sobre el tamiz, las
partículas finas de tierra caerán y las piedras y partículas de mayor tamaño de
la tierra quedarán retenidas en el tamiz. De esta manera se puede hacer una
clasificación por tamaños de las partículas.
La sublimación
(Del
latín sublimāre) es el proceso que consiste en el cambio de estado de sólido al
estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le
denomina deposición o sublimación regresiva; es decir, el paso directo del
estado gaseoso al estado sólido.
La Fusión por zonas
Es
un método que permite purificar los lingotes de un semiconductor. Se basa en
que las impurezas se disuelven en el semiconductor fundido. Luego, si una zona
fundida avanza por el lingote, las impurezas se irán concentrando en ella,
quedando a su paso el semiconductor purificado.
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Bibliografia
www.wikipedia.org
www.libros.conaliteg.gob.mx
Enciclopedia
Microsoft® Encarta® 2003.
www.fotolia.com
Nueva Enciclopedia Tematica Grolier 2012
https://www.ecured.cu
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