Aplicaciones de los métodos de separación de los componentes de una mezcla

in StemSocial25 days ago

Hola a toda la comunidad científica de Hive!

Hoy quiero compartir información relevante de algunos métodos empleados para la separación de los componentes de una mezcla.

¡Les invito a leer!

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Fuente: @yusvelasquez

La materia que nos rodea en la vida diaria está compuesta en su mayor parte de mezclas de sustancias. A veces puede resultar fácil identificar si una muestra es una mezcla, sin embargo en otros casos puede ser necesario examinar la muestra cuidadosamente y hacer uso de otros instrumentos más específicos para determinar si es una sustancia pura o una mezcla de sustancias.

La separación de las sustancias de una mezcla resulta importante para los químicos y a nivel industrial, ya que la mayor parte de los materiales, se obtienen de productos naturales o se preparan en un laboratorio y es necesaria la obtención de ciertos compuestos. Los procesos de separación usados en el laboratorio aunque resultan sencillos son los mismos que se usan en las industrias ya que son prácticos, lo que los hace de particular importancia.

Podemos mencionar por ejemplo, el proceso de destilación, muy empleado en la industria alimenticia en la preparación de bebidas alcohólicas, o en la industria de refinación del petróleo donde se emplea la destilación fraccionada. La evaporación, la podemos aplicar en la obtención de sal a partir del agua del mar, entre muchos otros ejemplos.

Antes de describir los métodos revisemos algunos conceptos importantes:

Una mezcla está formada por la unión de dos o más componentes en donde se mantienen sus propiedades químicas, estos componentes pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos y se clasifican como homogéneas y heterogéneas. Siendo una mezcla homogénea aquella en donde no se pueden diferenciar a simple vista sus componentes y una mezcla heterogénea es aquella cuya composición no es uniforme y sus componentes pueden distinguirse fácilmente. Al seleccionar el método de separación para una determinada mezcla, se debe hacer en función a las propiedades particulares de los componentes presente en dicha muestra, puede ocurrir que un proceso sea adecuado para aplicarlo en una determinada mezcla mientras que para otras no son adecuadas.

Entre las propiedades físicas en los cuales se basan los métodos a estudiar podemos encontrar:

Densidad: es definida como la magnitud que expresa la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa, depende la presión y de la temperatura, generalmente cuando se produce un aumento de presión, aumenta su densidad y cuando aumenta la temperatura su densidad disminuye.

Solubilidad: viene dada por la máxima concentración de soluto que se puede disolver en un volumen de solvente a una determinada temperatura. Es base fundamental para determinar si es posible obtener un precipitado (sólido) al mezclar dos soluciones.

Métodos para la separación de los componentes de una mezcla

Los métodos no son más que procedimientos que permiten separar dos o más componentes de una mezcla, sin llegar a alterar su identidad o provocar algún cambio en sus propiedades químicas. Pueden ser utilizados tanto para mezclas homogéneas como heterogéneas y básicamente se basan en procesos físicos. Entre los métodos podemos encontrar la decantación, filtración, evaporización, cristalización, separación magnética.

Revisemos algunos de estos métodos en esta primera parte del post.

Métodos para la separación de mezclas que contienen sustancias sólidas y líquidas (S-L)

Decantación

Es uno de los más sencillos, es aplicable cuando se trabaja con mezclas en donde los líquidos son inmiscibles o cuando contiene sólidos que no son solubles en el líquido.

Principio del método: se basa en la diferencia de densidades de los compuestos.

Equipo utilizado: Para lograr la separación se emplea un aparato llamado embudo de decantación, que contiene una válvula en la parte inferior, y un tapón en la parte superior. Allí se deja reposar la mezcla hasta que la sustancia que posee mayor densidad se deposita en el fondo del embudo y la de menor densidad sobre ella.

Pasos para el uso del embudo

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Fuente: @yusvelasquez

Aplicaciones: Este proceso de separación es muy utilizado en los laboratorios y a nivel industrial. Muy importante, es que no debe confundirse con la sedimentación cuyo principio de separación es por efecto de la gravedad. Se puede emplear por ejemplo, en el tratamiento de aguas residuales, ya que las aguas contaminadas suelen ser más densas que el agua limpia por las sustancias y partículas suspendidas que poseen, por lo que en el proceso de depuración pueden ser inicialmente sometidas a un proceso de filtración y sucesivas decantaciones. Otro ejemplo, lo constituye la separación de la nata de leche, donde la leche en reposo separa la cuajada, siendo ésta una sustancia amarillenta y densa del resto de la leche, y luego se retira mecánicamente. Así como también en la elaboración de jugos, preparación de salsas, obtención de vinagres, entre otros.

En la obtención de combustible partiendo de grasas o aceites vegetales como el aceite de coco se emplea para la separación de los productos de la reacción de transesterificacion.

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Fuente: @yusvelasquez

Filtración

Principio del método: se basa en la separación de sólidos no solubles en líquidos. Durante el proceso de filtración, la mezcla heterogénea pasa a través de un filtro que debe tener un tamaño de poro adecuado, el sólido que queda atrapado en el papel filtro se le conoce como residuo y el líquido que pasa a través del papel se denomina filtrado.

Equipo utilizado: se emplea un medio mecánico como filtro, tamiz. Existe variedad de filtros, pueden ser de tela, redes metálicas o plásticas y son fabricados también de distintos papeles.

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Fuente: @yusvelasquez

Aplicaciones: Es muy empleado tanto a nivel industrial, en laboratorio como a nivel cotidiano. Por ejemplo, desde lo más sencillo, en la preparación del café colocamos el café molido en un filtro, bien sea de tela o papel, vertemos sobre él agua caliente, de esta manera el filtro permite el paso de las partículas más finas que tienen el sabor fuerte del café y el residuo permanece en el filtro. Asimismo, se emplea en la preparación de infusiones, filtros de aire, filtros de agua, filtros de aceite, rejillas del alcantarillado entre otros.

A nivel de laboratorio, es muy frecuente el uso del papel filtro para la separación del agua y sustancias fácilmente solubles, es un papel poroso que retiene incluso partículas muy pequeñas pero permite el paso del agua. Hay de distintos tamaños y generalmente se acopla a un embudo para su correcto uso.

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Fuente: @yusvelasquez

Métodos para la separación de mezclas que contienen sustancias líquidas- líquidas (L-L)

Cromatografía

Principio del método: se basa en la afinidad de los componentes de la mezcla bien sea en la fase estacionaria (fase inmóvil) o fase móvil (se mueve a través de la fase estacionaria). Existen varios tipos entre ellas la cromatografía de papel, de gases, líquida, de columna.

En la cromatografía de papel por ejemplo, la separación se logra a través del lavado de sus componenetes a lo largo de un papel con el solvente. la fase estacionaria viene determinada por una tira de papel de filtro y la fase móvil la constituye un disolvente que contiene la muestra a tratar. El método consiste en colocar unas gotas del disolvente que contiene la muestra en un extremo del papel y se espera a que el líquido avance a través del papel, posteriormente se deja secar, y si los componentes de la muestra poseen distintos colores, es posible observar las distintas posiciones en el papel.

A continuación les muestro la forma inicial en que se aplicó la técnica, en la izquierda está el papel filtro con la muestra de colorante comestible verde y luego se le adicionó el solvente agua. Así al transcurrir el tiempo los colores amarillo (baja tonalidad) y azul se van separando. El papel filtro seco corresponde al soporte del análisis que se conoce como cromatograma.


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Fuente: @yusvelasquez

La cromatografía de gases funciona inyectando la muestra en la fase móvil, la cual pasa a través de la fase estacionaria, allí los componentes se separarán de acuerdo a que tan afines son de una fase u otra. Una vez que se separen, pasan por un detector que los identifica y mide su concentración o alguna otra propiedad que represente una medida de su cantidad en la muestra.

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Fuente: @yusvelasquez

Aplicaciones: Se puede aplicar en muestras donde resulta más difícil la separación de sus componentes, en el análisis de muestras de sangre, de orina, en el área ambiental para determinar los niveles de contaminación en el agua o aire, estudios de la calidad de los vinos, entre otros.


En conclusión podemos decir que la mayor parte de los materiales que encontramos en la vida cotidiana están constituidos por mezclas de sustancias, y que muchas veces tienen que ser sometidas a procesos de separación para obtener sustancias químicas puras que pueden ser utilizadas como materia prima en otros procesos.

Cabe destacar la importancia de seleccionar muy bien el método de separación en función de las propiedades de los componentes de la mezcla y poseer el conocimiento adecuado de la técnica, materiales y equipos que se emplean en cada una de ella.

¡Hasta una próxima oportunidad, gracias por leer!

Referencias:

  • Whitten K. y Gailey, K. (1985). Química General. México: Nueva Editoral Interamericana
  • Atkins, P. y Jones, L. (2006). Principios de Química. Los caminos del descubrimiento. Buenos Aires: Médica Panamericana
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