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Métodos de separación de mezclas

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Los métodos de separación de mezclas
Los métodos de separación de mezclas o métodos de separación de fases son los diferentes procedimientos físicos que permiten separar dos o más ingredientes de una mezcla, aprovechando las diferentes propiedades químicas de cada uno de ellos.Tenga en cuenta que para que estos mecanismos funcionen, deben ser mezclas en las que los ingredientes conserven su identidad, y no se han producido reacciones químicas que alteren permanentemente sus propiedades o den lugar a nuevas sustancias. Características como el punto de ebullición, la densidad o el tamaño deben mantenerse en los ingredientes para que puedan aplicarse métodos de separación de la mezcla.

Por otra parte, estos métodos funcionan indistintamente en mezclas homogéneas y heterogéneas, ya que tampoco implican ningún cambio en la identidad de los ingredientes, que pueden recuperarse más o menos como estaban antes de que se hiciera la mezcla. Dependiendo del método aplicado, se lograrán ingredientes originales con mayor o menor pureza.

Métodos de separación de mezclas

La separación de mezclas es el proceso físico en el que una mezcla es sometida a un tratamiento que le permite dividir y separar sus componentes en al menos dos sustancias diferentes, durante el proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin generar ningún cambio en sus propiedades químicas.

La separación de mezclas es el proceso físico en el que una mezcla es sometida a un tratamiento que le permite dividir y separar sus componentes en al menos dos sustancias diferentes, durante el proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin generar ningún cambio en sus propiedades químicas. Generalmente, el método de separación que debe utilizarse se determina en función de los componentes presentes en la mezcla y de sus propiedades particulares.

Métodos de separación de mezclas con base en las propiedades físicas de sus componentes

Las propiedades físicas de la materia son aquellas características de la sustancia que cuando se observan o miden no producen nuevas especies químicas, mientras que las propiedades químicas son aquellas que cuando se observan o miden producen nuevas especies químicas en mezclas que generan cambios en su estructura interna. Las propiedades más importantes son:

  • Solubilidad:
    La solubilidad se define como la concentración máxima de solutos que pueden disolverse en una cantidad determinada de disolvente (disolvente) a una temperatura determinada. Esta propiedad permite determinar si se formará un precipitado cuando se mezclan dos soluciones o cuando se añade el soluto a la solución.
  • Temperatura
    La temperatura de ebullición de las sustancias se define como el punto en el que pueden hervir a una presión total aplicada de 1 atmósfera. A medida que la presión aumenta, el punto de ebullición aumenta y la densidad de la fase gaseosa que se está generando aumenta para finalmente ser indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio, si la temperatura continúa aumentando, la temperatura crítica aparece donde por encima de ella, no hay fase líquida clara. Es muy importante conocer la temperatura a la que se produce el paso de la fase líquida a la fase gaseosa, ya que se puede determinar el método adecuado de separación de las mezclas, ya que, por ejemplo, en el caso de sustancias puras sometidas a una presión fija, tanto el proceso de ebullición como el de vaporización se producen a una sola temperatura y, a medida que aumenta la temperatura, se mantiene constante hasta que todo el líquido ha hervido.
  • Densidad:
    La densidad es una propiedad física característica de cualquier materia existente y se define como la magnitud que expresa la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Las variaciones de densidad dependen principalmente de la presión y la temperatura, generalmente, cuando hay un aumento de la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta, en los casos en que la temperatura aumenta, la densidad de la mezcla disminuye.
  • Presión de vapor:
    Es la presión en equilibrio que se ejerce en la mezcla cuando el proceso de evaporación y condensación es igualado en un proceso dinámico. Las moléculas de una sustancia se mueven a diferentes velocidades y a medida que la temperatura aumenta, algunas de las moléculas presentes en la superficie del líquido tienen suficiente energía para repeler la fuerza de atracción y convertirse en la fase gaseosa.
  • Viscosidad:
    La viscosidad está presente en todos los fluidos y es generada por colisiones entre partículas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, causando una resistencia a su movimiento. Los fluidos sin viscosidad o sin coeficiente de viscosidad se conocen como fluidos ideales y generalmente son superfluos a temperaturas muy bajas.
  • Evaporación:
    Es el proceso en el que las moléculas que se encuentran en la superficie de los líquidos adquieren la energía necesaria para escapar de las fuerzas de atracción que las mantienen unidas a la mezcla. Las moléculas con mayor energía pasan a la fase de vapor, provocando una disminución de la temperatura del líquido. Este proceso es endotérmico.

Importancia de los métodos de separación de mezclas

  • La separación de sustancias de una mezcla es importante para los productos químicos y en muchas industrias, ya que la mayoría de los materiales, ya sean obtenidos de productos naturales o preparados en el laboratorio, son mezclas de sustancias.
  • Los sencillos procesos de separación utilizados en el laboratorio son los mismos que los utilizados en la industria.
  • Cada uno de ellos tiene una enorme importancia práctica.
  • Mención especial merece el proceso de destilación, muy utilizado en la industria alimentaria para la elaboración de bebidas alcohólicas resultantes de la fermentación de azúcares y cereales o en la industria del aceite mediante destilación fraccionada.
  • También hay que hacer referencia a la cromatografía gas-líquido, que permite analizar las sustancias tóxicas, y a la evaporación, que permite obtener sal a partir del agua de mar.
  • También son relevantes algunos procedimientos artesanales aplicados en los procesos de separación de los componentes de las mezclas, como la purificación de harinas o arenas.
  • La centrifugación es ampliamente utilizada en hospitales para analizar muestras de orina y sangre… etc.

Métodos de separación de mezclas homogéneas

Los métodos de separación utilizados para las mezclas homogéneas son más complejos que los utilizados para separar mezclas heterogéneas.

Esto se debe a que una simple aplicación de fuerza mecánica no será suficiente para eliminar partículas, líquidos o gases adheridos a otro líquido o gas, por lo que se deben tener en cuenta otras características individuales que se pueden aprovechar: solubilidad, polaridad y puntos de ebullición y solidificación.

Destilación

La destilación es el método de purificación de líquidos por excelencia, que se basa en la separación de los componentes de una mezcla líquida por ebullición selectiva y condensación.

La destilación se puede realizar para lograr la separación completa de los componentes, o para lograr la separación parcial que aumenta la concentración de un componente deseado.

Esta técnica aprovecha las diferencias de volatilidades entre los componentes de la mezcla para llevar la temperatura del sistema al menor rango de ebullición entre los componentes, separando este primer componente de la mezcla, y así sucesivamente hasta obtener el resultado deseado.

Existen numerosos tipos de destilación, entre los que se encuentran la destilación simple, la destilación fraccionada, la destilación por vapor, la destilación al vacío y otras.

Este último se realiza cuando los compuestos tienen puntos de ebullición muy altos, por lo que es preferible reducir la presión del sistema para que este punto sea más fácil de alcanzar a temperaturas más bajas.

Cromatografía

La cromatografía es una técnica utilizada en los laboratorios para la separación de una mezcla. La mezcla (o “analito”) se disuelve en un fluido llamado “fase móvil”, que tiene la función de transportarla a través de una estructura que lleva el nombre de “fase estacionaria”.

Como los compuestos individuales de la mezcla viajan a diferentes velocidades a través de esta fase estacionaria, la mezcla es separada por componentes durante este proceso, lo que permite determinar la proporción de cada componente de la mezcla (si esta es la intención) o simplemente purificar el analito.

El cromatograma obtenido se utiliza para interpretar los resultados o el desarrollo del proceso de separación, observando los patrones trazados en él para reconocer qué componentes fueron separados y en qué proporción.

El equipo utilizado para este proceso se denomina cromatógrafo, y existen técnicas en gases y líquidos, lo que implica que se puede hacer en columnas o en forma plana.

Evaporación

La evaporación es una técnica de vaporización, que ocurre en la superficie de un líquido al pasar a la fase gaseosa.

Este proceso se basa en la aplicación de energía a una mezcla de líquidos, que se calienta hasta alcanzar el punto de ebullición del líquido que se va a extraer (normalmente agua), tras lo cual se separa este componente de la mezcla.

Después de que este componente es liberado de la mezcla, disminuirá su temperatura debido a un efecto llamado enfriamiento evaporativo.

Precipitación

La precipitación tiene como objetivo la formación de un sólido en una solución; de hecho, cuando las partículas sólidas se forman en una solución líquida, se denominan “precipitado”.

La precipitación puede tener lugar añadiendo precipitantes a la muestra, que hacen que se forme precipitado en el fondo de la solución. Otras veces esto ocurre como efecto secundario de una reacción química entre dos compuestos.

En el caso de los sólidos, existe el envejecimiento térmico de los metales, que es un tratamiento que provoca la deposición de fases metaestables dentro de una aleación. Representan impurezas que endurecen el material y evitan defectos en su red cristalina.

Este proceso se utiliza principalmente en la elaboración de pigmentos, en la eliminación de la sal del agua, en el tratamiento de aguas y en algunos análisis cualitativos inorgánicos.

Recristalización

La recristalización es una técnica de purificación química que permite extraer un componente no deseado (que se disuelve en una pequeña cantidad) de una sustancia deseada, normalmente una solución líquida.

Esta técnica consiste en disolver la mezcla en un disolvente que genera una solución saturada. Esta solución se deja enfriar, después de lo cual la solubilidad de los compuestos en la solución disminuirá.

Finalmente, el compuesto deseado formará cristales sólidos, dejando atrás las impurezas de la solución y pudiendo ser extraído para su uso futuro.

La pureza del precipitado cristalino puede aumentarse pasando esta sustancia a través del proceso una y otra vez, eliminando más y más impurezas y aumentando la concentración de los cristales del compuesto deseado.

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