Trabajo 4 Ciencias 3 Quimic@. TEMA 3: Experimentación con mezclas: • Homogéneas y heterogéneas. • Métodos de separación de mezclas con base en las propiedades físicas de sus componentes.

 TEMA 3: Experimentación con mezclas: • Homogéneas y heterogéneas. • Métodos de separación de mezclas con base en las propiedades físicas de sus componentes.

Aprendizaje esperado: • Identifica los componentes de las mezclas y las clasifica en homogéneas y heterogéneas.           • Identifica la relación entre la variación de la concentración de una mezcla (porcentaje en masa y volumen) y sus propiedades. • Deduce métodos de separación de mezclas con base en las propiedades físicas de sus componentes.

¿Qué son los estados de agregación de la materia?

Cuando hablamos de estados de agregación o fases de la materia, nos referimos a las distintas fases o formas en que es posible encontrar la materia conocida (sustancias puras o mezclas) y que dependen del tipo y la intensidad de las fuerzas de atracción entre las partículas que componen dicha materia (tales como átomos, moléculas, etc.).

Se conocen principalmente cuatro estados de agregación de la materia: el estado sólido, el estado líquido, el estado gaseoso y el estado plasmático. También existen otros menos frecuentes, como los condensados termiónicas, pero estas formas no se producen naturalmente en el medio ambiente.

Cada uno de los estados de agregación posee características físicas diferentes, como volumen, fluidez o resistencia, a pesar de que no exista una diferencia química real entre un estado y otro. Por ejemplo, el agua sólida (hielo) y el agua líquida (agua) son químicamente idénticas.

Puede obligarse a la materia a pasar de un estado de agregación a otro, tan solo alterando la temperatura y la presión en las que se encuentra. Así, se puede hervir agua líquida para llevarla al estado gaseoso (vapor) o se puede enfriar lo suficiente como para llevarla al estado sólido (hielo).

Estos procedimientos de transformación de un estado de agregación de la materia a otro suelen ser reversibles, aunque no sin cierto margen de pérdida de la sustancia. Los procesos más conocidos son los siguientes:

• Evaporación. Es el proceso mediante el cual al introducir energía calórica (calor), parte de la masa de un líquido (no necesariamente la totalidad de la masa) se transforma en gas.
• Ebullición o vaporización. Es el proceso mediante el cual, al suministrar energía calórica, la totalidad de masa de un líquido se transforma en un gas. La transición de fase ocurre cuando la temperatura supera el punto de ebullición del líquido (temperatura a la cual la presión del vapor del líquido se iguala a la presión que rodea al líquido, por tanto, se convierte en vapor).
• Condensación. Es el proceso mediante el cual, al retirar energía calórica, un gas se transforma en un líquido. Este proceso es contrario a la vaporización.
• Licuefacción. Es el proceso mediante el cual, al aumentar mucho la presión, un gas se transforma en un líquido. En este proceso, el gas también se somete a bajas temperaturas, pero lo que lo caracteriza es la elevada presión a la que es sometido el gas.
• Solidificación. Es el proceso mediante el cual, al aumentar la presión, un líquido puede transformarse en sólido.
• Congelación. Es el proceso mediante el cual, al retirar energía calórica, un líquido se transforma en sólido. La transición de fase ocurre cuando la temperatura toma valores menores que el punto de congelación del líquido (temperatura a la cual el líquido se solidifica).
• Fusión. Es el proceso mediante el cual al suministrar energía calórica (calor), un sólido puede transformarse en líquido.
• Sublimación. Es el proceso mediante el cual, al suministrar calor, un sólido se transforma en gas, sin pasar antes por el estado líquido.
• Deposición o sublimación inversa. Es el proceso mediante el cual, al retirar calor, un gas se transforma en sólido, sin pasar antes por el estado líquido.

 

¿Qué es una mezcla?

En química, una mezcla es un material compuesto por dos o más componentes unidos físicamente, pero no químicamente. Esto significa que no se produce entre ellos ninguna reacción química, es decir, que cada componente mantiene su identidad y sus propiedades químicas, incluso en el caso en que no podamos distinguir un componente del otro.

Los componentes o fases de una mezcla se hallan unidos mecánica o físicamente. Por eso, a menudo se ven alteradas sus propiedades físicas, como el punto de ebullición o de fusión.

Sin embargo, al no producirse cambios químicos permanentes, es posible emplear mecanismos físicos de separación para extraer cada uno de los componentes de una mezcla. Dichos mecanismos físicos suelen ser térmicos (cuando involucran calor) o mecánicos (cuando involucran el desplazamiento o el movimiento).

Las mezclas son formas mixtas de la materia sumamente frecuentes en la vida cotidiana, y muchos de los materiales que usamos son el resultado de un procedimiento de mezclado o mixtura. Los componentes de una mezcla pueden hallarse en distintos estados de agregación (sólidos, líquidos, gaseosos, plasmas, o combinaciones entre ellos).

Tipos de mezclas

Las mezclas se clasifican atendiendo a qué tan factible sea identificar a simple vista sus distintos componentes.

• Las mezclas homogéneas. Son aquellas en que los componentes no pueden distinguirse. Se conocen también como soluciones, y se conforman por un solvente y uno o varios solutos. Y como hemos dicho, las fases son imposibles de identificar a simple vista.
• Las mezclas heterogéneas. Son aquellas en que los componentes pueden distinguirse con facilidad, debido a que poseen una composición no uniforme, o sea, sus fases se integran de manera desigual e irregular, y por eso es posible distinguir sus fases con relativa facilidad. Dependiendo del tamaño de las partículas de sus componentes, podemos hablar de dos tipos de mezclas heterogéneas:
• Mezclas gruesas o dispersiones gruesas. Son aquellas en las que el tamaño de las partículas es apreciable a simple vista.
• Suspensiones o coloides. Son aquellas en las que una fase es normalmente fluida (gaseosa o líquida) y la otra está compuesta por partículas (generalmente sólidas) que quedan suspendidas y se depositan al pasar el tiempo.

Ejemplos de mezclas homogéneas

Muchas bebidas alcohólicas son mezclas homogéneas.

A continuación, presentamos algunos ejemplos de mezclas homogéneas:

• El aire. El gas común que respiramos a diario, es una mezcla de sustancias puras gaseosas (como oxígeno, nitrógeno y argón, entre otras más) que son imposibles de percibir a simple vista y que, en conjunto, suelen ser inodoras.
• Las bebidas alcohólicas. Como los cócteles, consisten en dos o más líquidos (o incluso sólidos) mezclados hasta adquirir una apariencia uniforme y, aunque podamos saborear sus integrantes, no podríamos señalarlos a simple vista.
• El agua con azúcar. Que solemos darles a las personas que se descompensan, es una dilución de un sólido (azúcar) en un líquido (agua), al punto tal de que no puede apreciarse la diferencia.
• Las aleaciones metálicas. Como el acero inoxidable del que están hechos algunos cuchillos, se obtienen mezclando el hierro con carbono y otros componentes metálicos, para que la mezcla adquiera la combinación de sus propiedades. Para ello se los debe fundir hasta el estado líquido, luego mezclarlos y dejarlos solidificar.
• Las amalgamas. Tal como las usaba antiguamente el dentista, solían ser una mezcla de mercurio y algún otro metal, convertidos en una pasta uniforme y maleable, que luego endurecía al solidificar.
• La espuma de afeitar. Es una mezcla de agua, jabones, glicerina y mentol, a menudo acompañada de gases (si viene en spray).
• La sangre. Es también una mezcla homogénea de un número inmenso de compuestos líquidos, sólidos y gaseosos, que apreciamos simplemente como un líquido rojo más o menos espeso.

Ejemplos de mezclas heterogéneas

La pintura en aerosol es una mezcla de líquido y gas.

Estos son algunos ejemplos de mezclas heterogéneas:

• Los aerosoles. Como los desodorantes o la pintura en spray, se componen de una mezcla de líquido y gas, que son eyectados del envase al mismo tiempo, pero que luego el gas se dispersa y el líquido queda sobre la superficie rociada. Se trata de una mezcla coloidal.
• La grava o gravilla. Es una mezcla de dos o más tipos de piedra en pedazos pequeños, que pueden distinguirse a simple vista. Es un caso de dispersión gruesa.
• Una ensalada. Es otro perfecto ejemplo de dispersión gruesa, ya que podemos apreciar cada uno de sus componentes a simple vista pero funcionan todos en conjunto: vegetales, aceite, frutos, a veces carnes, etc.
• El agua y aceite. Es también un ejemplo de mezcla heterogénea en la que podemos identificar ambas fases, aunque en este caso se trata de una suspensión líquido-líquido.
• Algunos medicamentos. En cuyos empaques se nos sugiere que los agitemos antes de usar, son casos de suspensiones en las que el sólido se precipita al fondo con el tiempo, y por eso debemos agitarlo para que vuelva a disolverse, haciéndose temporalmente inapreciable la distinción entre uno y otro.
• El hormigón. Es una mezcla de agua, arena y cemento en proporciones específicas que, una vez solidificada y desecada, adquiere su dureza y uniformidad.

Sustancias puras

Las sustancias puras son aquellas que no son el resultado de una mezcla, sino que están compuestas por una única fase y, por lo tanto, no pueden ser separadas en sus componentes mediante métodos físicos. Además, presentan una composición química estable y son químicamente uniformes.

Una sustancia pura no necesariamente tiene que estar compuesta por un único tipo de elemento químico. Las sustancias puras pueden clasificarse en:

• Sustancias simples. Son aquellas compuestas por un único tipo de elemento químico (lo cual no quiere decir que estén compuestas por un solo átomo). Por ejemplo: el oxígeno (O₂), el níquel (Ni).
• Sustancias compuestas. Son aquellas compuestas por más de un tipo de elemento químico. Por ejemplo: el agua (H₂O), el dióxido de carbono (CO₂).

La única forma de separar los elementos de una sustancia pura es utilizando métodos químicos, es decir, transformándola en otras sustancias o directamente en sus elementos químicos.

Es necesario aclarar que la pureza absoluta no existe. En el mundo en que vivimos las sustancias existen en la naturaleza en forma de ciertas mezclas, o dicho de otra manera, con cierto nivel de impurezas. No obstante, las impurezas se pueden separar hasta lograr el grado de pureza deseado o permitido de la sustancia.

Ejemplos de sustancias puras: cobre (Cu), plata (Ag), oro (Au), glucosa (C₆H₁₂O₆), oxígeno (O₂), agua (H₂O).

 Métodos de separación de mezclas

Se conoce como métodos de separación de mezclas o métodos de separación de fases a los distintos procedimientos físicos que permiten separar dos o más componentes de una mezcla. Los componentes de la mezcla conservan su identidad y sus propiedades químicas luego de la separación.

Para que estos mecanismos funcionen, debe tratarse de mezclas en que los componentes conserven su identidad, y no haya habido reacciones químicas que alteren sus propiedades permanentemente o den origen a nuevas sustancias.

Para que puedan aplicarse los métodos de separación, las propiedades como el punto de ebullición, la densidad o el tamaño deben conservarse en los componentes de la mezcla.

En cambio, estos métodos funcionan tanto en mezclas homogéneas como en mezclas heterogéneas, ya que no suponen tampoco ningún cambio en la identidad de los componentes, que pueden así recuperarse más o menos como estaban antes de realizar la mezcla. Dependiendo del método aplicado, se lograrán los componentes originales con mayor o menor pureza.

 Decantación. La decantación es un método se emplea para separar líquidos que no se disuelven el uno en el otro (como el agua y el aceite) o sólidos insolubles en un líquido (como agua y arena).

Consiste en el uso de una ampolla o un embudo de decantación, donde se deja reposar la mezcla hasta que el ingrediente más denso sedimente y vaya al fondo. Se abre la válvula y se lo deja salir, cerrándola a tiempo para que permanezca el ingrediente menos denso en su interior. Este método suele emplearse como primer paso hacia la obtención de sustancias más puras.

Filtración. La filtración es un método útil para separar sólidos no solubles de líquidos. Consiste en la utilización de un filtro (papel filtrador, piedras filtrantes, etc.) que permite el paso del líquido por un medio poroso y retiene los elementos sólidos. Así operan los filtros de agua de nuestras casas, o el papel de filtro donde vertemos el café sólido antes de añadirle el agua caliente. El agua (que contiene las partículas más finas del café) pasa a través del papel, y queda retenida en este las partículas más gruesas del café.

Separación magnética. La separación magnética consiste en la separación de fases de acuerdo a su potencial magnético. Algunas sustancias responden a los campos magnéticos y otras no, y de acuerdo a esta diferencia se aplica un imán o electroimán a la mezcla, que permite atraer un componente y dejar el otro intacto (por ejemplo, fragmentos de hierro en tierra, mercurio en agua, trozos de metal en agua).

Tamizado. El tamizado opera de manera semejante al filtrado, pero entre sustancias sólidas de distinto tamaño (como grava y arena, sal y palomitas de maíz, o arroz y piedritas). Se usa una red o tamiz, cuyos agujeros permiten el paso de los fragmentos de menor tamaño y retienen los más grandes. Dependiendo del material, puede emplearse como primer paso en la obtención de sustancias puras o como paso definitivo.

 Destilación. La destilación permite separar líquidos solubles entre sí, pero que tengan distinto punto de ebullición (como el agua y el alcohol). La diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes a separar por este método debe ser aproximadamente de 80 ºC.

El procedimiento consiste en verter la mezcla en un recipiente y calentarla controlando la temperatura para que solo el componente de punto de ebullición más bajo se evapore, y sea llevado a través de un conducto (llamado columna de destilación) hacia otro recipiente, esta vez refrigerado. Allí se condensará y volverá a su fase original. A los líquidos obtenidos así se los conoce como destilados (agua destilada, alcohol destilado).

Cristalización. La cristalización es un método ideal para separar sólidos disueltos en líquidos (sal en agua, azúcar en agua). Consiste en evaporar el líquido hasta obtener en el fondo del recipiente los cristales del sólido disuelto. Por ejemplo, así se obtiene la sal marina. Dependiendo de la velocidad de la evaporación, los cristales serán más grandes o más chicos.

Flotación. La flotación permite que la fase sólida de menor densidad flote en el líquido. La flotación es el caso contrario de la decantación y consiste en permitir que la fase sólida de menor densidad flote en el líquido para luego retirarlo manualmente o mediante un tamiz. El perfecto ejemplo de ello es el procedimiento de limpiado de las piscinas.

Cromatografía. Es un método que se utiliza para separar mezclas complejas que no responden a ningún otro método de separación. Emplea la capilaridad como principio: proceso que permite el avance de una sustancia a través de un medio específico. Se identifican así a las dos fases de la mezcla como fase móvil (la que avanza) y fase estacionaria (sobre la que se avanza).

El funcionamiento de esta separación depende de la afinidad de los componentes de la mezcla por ambas fases, y de acuerdo a esta afinidad, la separación será más rápida o más lenta. Por ejemplo, al derramar café sobre una tela, el café avanza ocupando una gran cantidad de superficie.

En la actualidad existen distintos métodos de cromatografía:

• Cromatografía de papel. La fase estacionaria se compone de una tira de papel de filtro y la fase móvil está constituida por un disolvente que contiene la muestra a separar. Se colocan unas gotas del disolvente que contiene la muestra sobre un extremo del papel y se espera a que avance el líquido. Luego se deja secar, y si los distintos componentes de la muestra tienen colores diferentes, se podrá observar sus distintas posiciones sobre el papel.
• Cromatografía de capa fina. La fase estacionaria está compuesta de un material absorbente adherido a una placa que puede ser de vidrio, aluminio u otro material. La fase móvil es un líquido que actuará como eluyente. El procedimiento consiste en colocar la muestra sobre la placa y luego sumergir en el eluyente una parte de esta. Los componentes se separarán por diferencia de afinidad entre el eluyente y el componente adherido a la placa.
• Cromatografía de columna. La fase estacionaria consiste en un material sólido absorbente que se coloca como relleno en una columna de vidrio (aunque en la actualidad existen columnas de otros materiales, por ejemplo, acero inoxidable). La fase móvil se constituye de un eluyente y la separación de los componentes de la muestra depende de la afinidad que tienen sus componentes por ambas fases. Por lo general, el eluyente pasa a través de la columna por gravedad, aunque se han desarrollado métodos modernos donde es impulsado por bombas que aplican presión.

Actividad: En tu cuaderno realiza o imprime el siguiente mapa

 

Actividad: Con la información que te sugiero en la parte superior contesta el siguiente cuestionario

1.- ¿Qué entiendes por mezcla?

 

2.- ¿Qué es una sustancia pura?

 

3.- ¿Cómo se clasifican las mezclas?

 

4.-  Menciona las características de una mezcla homogénea, y menciona ejemplos

 

5.- Menciona las características de una mezcla heterogénea, y menciona ejemplos

 

6.- Cuales son los métodos de separación que se emplean para las mezclas homogéneas

 

7.- Cuales son los métodos de separación que se emplean para las mezclas heterogéneas

 

8.- A que llamamos en química concentración

 

 

Actividad: Escribe sobre la línea la palabra que complete la lectura, la información se encuentra en la parte superior. (Nota puedes imprimir la hoja)

1._____________________________. Es el proceso mediante el cual al introducir energía calórica (calor), parte de la masa de un líquido (no necesariamente la totalidad de la masa) se transforma en gas.

2.___________________________. Es el proceso mediante el cual, al retirar energía calórica, un gas se transforma en un líquido.

3.___________________________. Es el proceso mediante el cual, al aumentar mucho la presión, un gas se transforma en un líquido.

4.___________________________. Son aquellas en que los componentes no pueden distinguirse. Se conocen también como soluciones, y se conforman por un solvente y uno o varios solutos.

5.___________________________. Son aquellas en que los componentes pueden distinguirse con facilidad, debido a que poseen una composición no uniforme, o sea, sus fases se integran de manera desigual e irregular.

6.___________________________. son aquellas que no son el resultado de una mezcla, sino que están compuestas por una única fase y, por lo tanto, no pueden ser separadas en sus componentes mediante métodos físicos.

7.___________________________. método se emplea para separar líquidos que no se disuelven el uno en el otro (como el agua y el aceite) o sólidos insolubles en un líquido (como agua y arena).

8.__________________________. Es un método útil para separar sólidos no solubles de líquidos.

9.__________________________. permite separar líquidos solubles entre sí, pero que tengan distinto punto de ebullición.

10._________________________. Es un método ideal para separar sólidos disueltos en líquidos (sal en agua, azúcar en agua).

11._________________________. Es un método que se utiliza para separar mezclas complejas que no responden a ningún otro método de separación.