Métodos de separación de mezclas: tipos y características
Los métodos de separación de mezclas son los procedimientos que permiten la obtención de uno o más componentes de una mezcla sin necesidad de modificar sus propiedades químicas. Por lo tanto, se dice que se basan en técnicas puramente físicas, ajenas a reacciones químicas o al uso de sustancias corrosivas.
Estos métodos son parte de nuestro día a día, ya sea en los trabajos de campo a cielo abierto, o dentro de los espacios de la cocina o un negocio. Se aplican con el propósito de purificar o elevar la calidad de un producto. Por ejemplo, el café se filtra para recuperar el preciado líquido sin que interfiera en el paladar los granos molidos.
En este caso, se trata de una mezcla líquido-sólido, donde el líquido es el café, y el sólido los granos molidos. A su vez, el café en sí mismo es otra mezcla: una disolución producto de una extracción, la cual es homogénea.
Así pues, existen mezclas heterogéneas y homogéneas. Cada una de ellas posee sus propios métodos de separación, capaces de aislar sus respectivos componentes. ¿Cómo reconocerlas unas de otras? Por la presencia de más de una fase material. Esto quiere decir que tiene que haber dos componentes perfectamente diferenciables a simple vista.
El café servido es una mezcla homogénea, ya que por donde se le mire su apariencia es líquida. En cambio, un vaso con agua y semillas de linaza, es una mezcla heterogénea: el agua líquida es una fase material, mientras las semillas corresponden a otra.
En términos generales, los métodos de separación de las mezclas heterogéneas requieren más de trabajo mecánico. Para las mezclas homogéneas, por su parte, necesitan de la ayuda de la temperatura. Por ejemplo, la evaporación es el método más utilizado para separar el soluto del solvente en las disoluciones.
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La filtración es un método de separación que se utiliza para separar, en principio, mezclas líquido-sólido. Necesita de la ayuda de una barrera o filtro que permita el paso del líquido, pero que retenga en su tejido al sólido, el cual no puede atravesar los diminutos poros del filtro.
Normalmente la filtración se asiste de la gravedad, y dependiendo del tamaño de las partículas del sólido, esta puede ser un proceso lento o rápido.
La palabra ‘filtración’ también suele usarse cuando se habla del aire. Por ejemplo, un aire contaminado de bacterias es una mezcla gaseosa y homogénea. Si el aire se hace pasar a través de unos filtros que capturan las bacterias, se dice que se ha filtrado el aire. De esta manera, se asegura que esté limpio y estéril.
El agua filtrada se obtiene gracias a que sus impurezas y sedimentos son retenidos por unos filtros especiales.
En los laboratorios es en donde más se observa el empleo de este método. Casi siempre después de la obtención de un precipitado o de cristales, se procede a filtrarlos inmediatamente para deshacerse del líquido y conservar el sólido.
La decantación guarda cierta semejanza con la filtración. También sirve para separar mezclas líquido-sólido, con la diferencia de que no necesita de ningún filtro, papel, tamiz, malla, etc., que impidan el paso del sólido. Para que esto sea posible, debe haber una sedimentación firme; es decir, el sedimento tiene que estar sujeto a las paredes internas del recipiente.
Por ejemplo, la decantación se utiliza si se quiere separar una mezcla de agua con arena o sedimentos. ¿Cómo? Inclinando el vaso hacia otro recipiente para que el agua, por acción de la gravedad, caiga sin arrastrar la arena o sedimentos.
Otra diferencia que tiene la decantación de la filtración es que la decantación puede aplicarse para separar también mezclas líquido-líquido. Estas tienen lugar solamente cuando los dos líquidos son inmiscibles, formando dos fases reconocibles. Las mezclas aceite-agua o gasolina-agua son ejemplos de este tipo de mezclas.
Nuevamente, la gravedad hace su trabajo pero mediante el uso de un embudo de decantación, el cual permite que uno de los líquidos se decante o descarte por debajo.
La sublimación es un método especial de separación que se utiliza para separar dos sólidos de una mezcla heterogénea. En principio, necesita que al menos uno de los sólidos tenga una presión de vapor muy elevada, para que al calentarse, y aplicando vacío, se evapore o sublime dejando atrás la mezcla.
El ejemplo clásico de la sublimación es la separación de una mezcla yodo-arena. El yodo, por ser un sólido volátil, sublima como vapores morados que abandonan la arena. Sin embargo, la sublimación también puede aplicarse para separar una mezcla de hielo seco-hielo, ya que el hielo seco (dióxido de carbono sólido) es mucho más volátil que el hielo normal (agua cristalizada).
Asimismo, la sublimación puede utilizarse para purificar muestras con sólidos fragantes, como el alcanfor y otros.
La evaporación es quizás uno de los métodos de separación más lentos que existen. Se utiliza, en principio, para separar el solvente del soluto, lo cual acaba con la apariencia homogénea de una disolución.
El ejemplo clásico es la evaporación del agua azucarada para obtener cristales de azúcar. Para agilizar el proceso, se hace uso del calor de una llama que calienta la disolución hasta que hierva el agua o el solvente.
La evaporación también se usa para obtener las sales del agua de mar, o para poner a secar algunos sólidos gelatinosos. Asimismo, la evaporación lenta y prolongada es uno de los pasos que permite una excelente cristalización.
A diferencia de la decantación, que permite solo la separación de mezclas líquido-líquido, la destilación permite la separación de mezclas líquidas homogéneas que están formadas por uno o más componentes líquidos. Se basa en la diferencia de los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla.
Por ejemplo, el agua hierve cerca de los 100 ºC, mientras la acetona a los 56 ºC. Entonces, la mezcla agua-acetona puede destilarse para obtener un extracto de acetona.
De igual modo sucede con la mezcla etanol-agua, para obtener soluciones de etanol más concentradas.
La destilación fraccionada es una destilación más refinada, en el sentido de que permite separar componentes cuyos puntos de ebullición no sean muy diferentes. Como suele haber más de un componente, cada extracto recibe el nombre de fracción. Así, se obtienen varias fracciones con propiedades diferentes.
La destilación fraccionada del crudo petrolero es el mejor ejemplo del uso de este método. A partir del crudo, se producen varias fracciones, de las cuales se obtienen a su vez productos tales como el gas natural, la gasolina, el keroseno, la acetona, el diesel, entre otros.
La cromatografía es un método de separación que también guarda cierta semejanza con la filtración. Es mucho más refinada, selectiva, y menos excesiva en lo que respecta al volumen de mezcla sometida a separación. Esta mezcla puede ser líquida (cromatografía líquida) o gaseosa (cromatografía de gases).
En lugar de utilizar un filtro, la cromatografía necesita lo que se conoce por fase estacionaria. En la cromatografía en papel, empleando marcadores, el papel actúa como la fase estacionaria, que es por la cual viaja la mezcla a medida que se separan los componentes (los tintes).
La fase estacionaria por excelencia es una columna con un relleno que retiene los componentes en función de sus interacciones o afinidades. Es así que la cromatografía puede separar iones de distintas cargas, moléculas de diferentes polaridades o tamaños, etc.
La cromatografía es indispensable para analizar mezclas complejas, evaluar la acción de fármacos, detectar compuestos químicos específicos, entre otros ejemplos de su uso.
La centrifugación viene a ser una “sedimentación forzada”. Esto se debe a que, gracias a la aceleración centrípeta, las partículas de sólido suspendidas se unen para definir una fase. De esta manera, se puede retirar después el sobrenadante, o tomar una alícuota para realizar análisis.
La centrifugación es ampliamente utilizada en la separación del plasma de las células de la sangre. También sirve para separar la grasa butírica de la leche, o para agilizar la sedimentación de algunos precipitados.
Junto a la cromatografía, la centrifugación es uno de los métodos de separación de mezclas más sofisticados.
Como su nombre indica, hace uso del fenómeno del magnetismo para lograr la separación de los componentes de distintos tipos de mezclas heterogéneas.
Un ejemplo sería una mezcla de limaduras de hierro y piedra caliza pulverizada. Manualmente se pudiera proceder a separar los trocitos de limadura, pero llevaría mucho tiempo y paciencia. En lugar de ello, se utiliza un poderoso imán que atraiga las limaduras de hierro y deje atrás el polvo de piedra caliza.
Mezclas similares son las de hierro-azufre, hierro-arena, o hierro-lodo. Otros metales como el níquel, cobalto, disprosio y gadolinio, también son atraídos por los imanes.
Otro ejemplo de separación magnética ocurre en ciertos basureros, donde la chatarra es procesada y unos imanes separan los objetos metálicos; tales como tuercas, palos de golf, llaves, etc.
De todos los métodos de separación, esta es quizás la menos utilizada dentro del laboratorio o en la vida diaria. Se restringe más que todo a procesos industriales.
Métodos de separación de mezclas homogéneas.
Métodos de separación de mezclas heterogéneas.
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