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Métodos para separar mezclas

Entre las distintas técnicas o procedimientos físicos que se emplean para separar mezclas tenemos:

Destilación simple: calor evapora el líquido, el frío lo condensa y lo vuelve a líquido.

Destilación

Este método consiste en separar dos o más líquidos de una mezcla homogénea aprovechando las diferencias en los puntos de ebullición de cada uno.

El proceso de la destilación consta de dos fases: la primera en la cual el líquido pasa a vapor (gas) , y la segunda en la cual el vapor se condensa y pasa nuevamente a líquido.

Cabe mencionar que un compuesto de punto de ebullición bajo se considera volátil en relación con los otros componentes que tienen puntos de ebullición mayor.

En muchos casos al tratar de separar un componente de la mezcla por destilación en la fase gas se forma una especie de asociación entre las moléculas llamada azeótropo el cual puede presentar un cambio en el punto de ebullición al realizar la destilación.

Los tipos de destilación más comunes son: destilación simple, destilación fraccionada y destilación por arrastre con vapor .

En la destilación simple , el proceso consta de una sola etapa; es decir, que se evapora el líquido de punto de ebullición más bajo (mayor presión de vapor) y se condensa por medio de un refrigerante.

Esquema de torre de destilación
Refinación del petróleo, por destilación fraccionada.

En la destilación fraccionada el proceso se realiza utilizando una columna de destilación en la cual ocurren sucesivas evaporaciones y condensaciones.

Ver: Petróleo: proceso y refinado

Cabe mencionar que este tipo de destilación es mucho más eficiente que una destilación simple y que mientras más etapas involucre, mejor separación se obtiene de los componentes.

En la destilación por arrastre con vapor se hace pasar una corriente de vapor a través de la mezcla de reacción y los componentes que son solubles en el vapor son separados. Entre las sustancias que se pueden separar por esta técnica se pueden citar los aceites esenciales .

Evaporación

Es un proceso físico que consiste en la separación de una mezcla homogénea de un sólido disuelto en un líquido , por calentamiento, hasta que el líquido hierve y se transforma en vapor. Como no todas las sustancias se evaporan con la misma rapidez, el sólido disuelto se obtiene en forma pura.

Por ejemplo, si a un vaso que contenga una solución acuosa de sulfato de sodio se le aplica calor, al cabo de un tiempo el agua se evaporará y el componente sólido de la mezcla, el sulfato de sodio,  quedará en el fondo del vaso.

Cristalización

Sustancia cristalizada.

Este método se utiliza para purificar (eliminar contaminantes) una sustancia sólida. Para ello, se disuelve el sólido en un solvente 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.

Los cristales pueden formarse de tres maneras:

Por fusión : para cristalizar una sustancia como el azufre por este procedimiento, se coloca el azufre en un crisol y se funde por calentamiento, se enfría y cuando se ha formado una costra en la superficie, se hace un agujero en ella y se invierte bruscamente el crisol, vertiendo el líquido que queda dentro. Se observará una hermosa malla de cristales en el interior del crisol.

Por disolución : Consiste en saturar un líquido o disolvente, por medio de un sólido o soluto y dejar que se vaya evaporando lentamente, hasta que se han formado los cristales.

También puede hacerse una disolución concentrada en caliente y dejarla enfriar. Si el enfriamiento es rápido, se obtendrán cristales pequeños, y si es lento, cristales grandes.

Sublimación : Es el paso directo de un sólido a gas, como sucede con el Iodo y la naftalina al ser calentados, ya que al enfriarse los gases originan la cristalización por enfriamiento rápido.

Cromatografía

Es una técnica de análisis químico que permite separar, identificar y determinar con exactitud la cantidad de cada uno de los componentes de una mezcla según las diferentes velocidades con que se mueven al ser arrastrados por un disolvente a través de un medio poroso que sirve de soporte a la mezcla.

Procedimientos mecánicos

Filtración

Este método sirve especialmente para separar sólidos insolubles de grano fino que forman una mezcla heterogénea con el líquido.

Consiste en verter la mezcla a través de un medio poroso que deje pasar el líquido y retenga el sólido. Por ejemplo, una mezcla heterogénea de leche con harina se puede filtrar para separar sus fases.

Los aparatos usados se llaman filtros ; el más común es el de porcelana porosa, usado en los hogares para purificar el agua. Los medios más porosos más usados son: el papel filtro, la fibra de vidrio o asbesto, telas etc.

En el laboratorio se usa el papel filtro , que se coloca en forma de cono en un embudo de vidrio, a través del cual se  hace pasar la mezcla, reteniendo el filtro la parte sólida y dejando pasar el líquido.

Procedimiento clásico de filtración.

Tamizado o cribado

Consiste en separar una mezcla heterogénea de materiales sólidos de tamaños diferentes; por ejemplo, granos de caraota (judías, alubias, frijoles o porotos, según el país)  y arena empleando un tamiz (colador).

Los granos de arena pasan a través del tamiz y los granos de la leguminosa quedan retenidos.

Imantación o separación por magnetismo

Consiste en separar con un imán los componentes de una mezcla heterogénea formada por un elemento metálico y otro no metálico. Por ejemplo, al acercar un imán a una mezcla de hierro y azufre, el hierro es atraído hacia el imán logrando separarse del azufre.

Centrifugación

Método utilizado para separar mezclas heterogéneas de líquidos y sólidos haciéndolos girar a gran velocidad. Se coloca la mezcla en un tubo de ensayo que se instala  en una centrífuga y se hace girar a gran velocidad: la sustancia más densa queda en el fondo y la de menor densidad, en la superficie.

Este proceso es de gran utilidad en los análisis de leche (para separar sus componentes) y sangre (para separar el plasma, el suero, etc.)

Decantación

El procedimiento de decantación consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por ejemplo, dos  líquidos que no se mezclan, un sólido insoluble  y un líquido, etcétera) siempre y cuando exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases.

Como vemos, el método funciona mediante la diferencia de pesos, por lo que el de mayor peso se precipitará hacia el fondo como, por ejemplo,  cuando se mezclan el agua y el azúcar. Después de cierto tiempo de estar mezcladas, el azúcar se va depositando en el fondo del recipiente, esto por que de las dos sustancias, es la que tiene mayor peso.

Si tenemos una mezcla de un 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.

Sublimación

Es un proceso que hace que un sólido pase directamente a estado gaseoso. Se presenta cuando se quieren separar dos sólidos, por ejemplo, la sal y la naftalina.

EJERCICIOS RESUELTOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS

Cómo se podrían separar los componentes de las siguientes mezclas:

a)  Arena, sal y agua

Esta es una mezcla heterogénea entre arena y la disolución que contiene la sal en agua;  por tanto, lo primero es separar la arena por filtración :

La arena quedará en el papel de filtro y la disolución de agua y sal quedarán en el vaso.

Para separar la sal de la arena se puede recurrir a la cristalización : el agua se evapora y quedan en el recipiente los cristales de sal.

Nota: El agua es un recurso para separar mezclas heterogéneas de sólidos en las que alguno de ellos es soluble.

b)  Aceite, etanol y agua

En este caso se trata de una mezcla heterogénea. El aceite es inmiscible (no se puede mezclar en forma homogénea) con la mezcla de agua y alcohol.

Por tanto, lo primero es separar el aceite del resto mediante una decantación con un embudo de decantación: El aceite que es menos denso estará arriba, y si abrimos la llave (grifo) del embudo caerá la disolución de alcohol en agua.

Cuando se separe completamente se cierra la llave y el aceite quedará en el embudo.

Por último, nos queda separar el etanol del agua. Como se trata de una mezcla homogénea de líquidos hay que recurrir a la destilación .

En este caso, se aprovecha que el punto de ebullición del etano es de 78º C y por tanto será el que se recoja en el recipiente, quedando el agua en el matraz de destilación.

c)  Arena, aceite y agua

En este caso se trata de una mezcla heterogénea de tres fases, una sólida y dos líquidas.

En primer lugar se retira la fase sólida mediante filtración . En el papel de filtro queda la arena y en el vaso quedará la mezcla de aceite y agua que son inmiscibles.

Para separar el aceite del agua se recurre a la decantación extrayendo del embudo de decantación el agua, que es el líquido más denso y por tanto el que está abajo.

d)  Azufre, sal y virutas de hierro

Mediante un imán separamos las virutas de hierro (separación magnética). Después aprovechamos que el azufre, que es el sólido amarillo, es insoluble en agua y la sal si es soluble.

Añadimos agua y agitamos con una varilla hasta disolver la sal. Una vez disuelta usamos la filtración para separar el azufre de la disolución salina. De esta manera quedará el azufre en el papel de filtro.

Por último, usamos la cristalización para separar la sal del agua añadida.

Más ejercicios prácticos en:

http://www.slideshare.net/luis199797/actividad-2-ejercicios-de-mezclas

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Fuentes Internet:

http://www.angelfire.com/moon2/chemyst_bacterium/tiger.htm

http://fq3baeloclaudia.blogspot.com/2012/11/ejercicios-resueltos-de-separacion-de.html

Revisar:

http://www.primaria.librosvivos.net/archivosCMS/3/3/16/usuarios/103294/9/5EP_Cono_cas_ud6_separacion_mezclas/frame_prim.swf
http://quimicaonline-escencial.webnode.com.ve/contenidos/mezclas-y-sus-caracteristicas/tecnicas-de-separacion-de-mezclas/

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