Tema 3. Composición de las mezclas y su clasificación en homogéneas y heterogéneas.

 Tema 3. Composición de las mezclas y su clasificación en homogéneas y heterogéneas, así como métodos de separación (evaporación, decantación, filtración, extracción, sublimación, cromatografía y cristalización) aplicados en diferentes contextos.

Aprendizaje Esperado. PDA

• Describe los componentes de una mezcla (soluto – disolvente; fase dispersa y fase dispersante) mediante actividades experimentales y las clasifica en homogéneas y heterogéneas en materiales de uso cotidiano.
• Deduce métodos para separar mezclas mediante actividades experimentales con base en las propiedades físicas de las sustancias involucradas, así como su funcionalidad en actividades humanas.

 La concentración química es la cantidad en que se encuentran las sustancias que se disuelven (soluto) en relación a la o las sustancias que lo disuelven (solvente).

El soluto y el solvente son dos de los componentes de una solución. El soluto es la sustancia (sólida, líquida o gaseosa) que se disuelve en el solvente para producir una mezcla homogénea conocida como solución. El soluto es la sustancia que se disuelve en una solución. Por lo general, el soluto es un sólido (pero también puede ser una sustancia gaseosa u otro líquido) que se disuelve en una sustancia líquida, lo que origina una solución líquida. En la solución, el soluto suele encontrarse en menor proporción que el solvente. Una característica importante del soluto es su solubilidad, es decir, la capacidad que este tiene para disolverse en otra sustancia.

 El solvente, también conocido como disolvente, es la sustancia en que se disuelve un soluto, generando como resultado una solución química. Generalmente, el solvente es el componente que se encuentra en mayor proporción en la solución.

 La concentración en una solución cambia con cualquier acción o conjunto de acciones en relación a la cantidad de agua agregada o eliminada, la cantidad de soluto agregado y el tipo de soluto. Es importante tener en cuenta que el color de la solución química está relacionado con la concentración. Generalmente, mientras más tenue el color, menor es la concentración.

 Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias, es decir, mezclas cuyos componentes no se pueden distinguir a simple vista. Siempre que se está en presencia de una mezcla homogénea, esta recibe el nombre de disolución. En una disolución, el o los componentes que se encuentran en menor cantidad se llama soluto, y el componente que se halla en mayor proporción en la mezcla se denomina solvente o, mejor dicho, disolvente. En este tipo de mezclas, el soluto se distribuye uniformemente por todo el volumen de la disolución, con lo que se forma un sistema homogéneo.

¿Cómo se clasifican las disoluciones? Las disoluciones se pueden clasificar según el estado de agregación de sus componentes, donde encontramos disoluciones sólidas, líquidas y gaseosas. El estado de agregación de la disolución resultante es el estado que tiene el disolvente. Según su proporción de soluto las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas y saturadas.

• Diluidas. Son disoluciones con una proporción relativamente baja de soluto.
• Concentradas. Son disoluciones que tienen una proporción relativamente alta de soluto.
• Saturadas. Son las disoluciones que a una determinada temperatura tienen la máxima proporción de soluto

Las suspensiones son mezclas heterogéneas formadas por una sustancia líquida dispersante y sustancias sólidas poco solubles, las que están dispersas en todo el líquido. En este tipo de mezclas no se habla de soluto y disolvente, sino que de la o las sustancias que se dispersan y de la sustancia dispersante, respectivamente.

Los coloides son mezclas heterogéneas, conocidas también como dispersiones coloidales, que poseen propiedades de disoluciones y de suspensiones. En los coloides, las partículas están dispersas por toda la mezcla, pero no son tan pesadas para decantar, como ocurre con las suspensiones.

 Las mezclas son combinaciones de sustancias puras. Cada sustancia conserva sus propiedades físicas y químicas en la mezcla. Las mezclas son de uso muy común y se emplean en aspectos tan diversos como la cocina, la construcción, la joyería, entre muchos otros.

Para lograr una mezcla, basta con unir mecánicamente dos o más sustancias distintas hasta que formen una materia conjunta.

 Existen dos tipos de mezclas:

• Mezclas homogéneas. Se caracterizan porque no es posible distinguir sus fases a simple vista (incluso con un microscopio). Las más comunes son las mezclas de sólidos con sólidos o de líquidos en líquidos. Por ejemplo: la lavandina (que puede contener diferentes cantidades de cloro), el café con leche, el azúcar en el agua, una limonada, la tintura de yodo, entre otras. Se las conoce como soluciones.
• Mezclas heterogéneas. Estas mezclas presentan discontinuidades, es decir, se pueden distinguir sus diferentes fases. Algunos ejemplos de mezclas heterogéneas son el cemento, el agua de mar, la arena en el agua, el agua y el aceite, el aceite y el vinagre. A su vez, se pueden dividir en:
• Mezclas simples o gruesas. Los componentes se pueden distinguir o diferenciar a simple vista. Por ejemplo, una ensalada de lechuga y tomate.
• Suspensiones. Las partículas de las sustancias sólidas son diminutas y no es posible reconocerlas a simple vista, pero cuando la mezcla está en reposo por determinado tiempo, es posible distinguirlas en el fondo del recipiente, pues descienden a través del líquido. Por ejemplo, una mezcla de agua y talco.

Ejemplos de mezclas en la vida cotidiana

En nuestras vidas estamos continuamente en contacto con distintas mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas. Por ejemplo:

• El agua de mar es una mezcla de cloruro de sodio (NaCl), agua y otros componentes.
• El hormigón o concreto, empleado en la construcción, es una mezcla de cemento, agua, arena y grava.
• Un café con leche, la base del desayuno de la mayoría de las personas, es una mezcla.
• El bronce, es una mezcla de cobre y estaño llamada aleación.

Los componentes de una mezcla pueden ser separados utilizando métodos físicos de separación, mientras que los elementos que forman un compuesto químico no pueden ser separados por estos métodos: para eso son necesarios métodos químicos de separación.

¿Qué es la separación de mezclas?

La separación de mezclas o separación de fases es un proceso físico mediante el cual se pueden separar los componentes de una mezcla. Estos componentes no cambian durante el proceso de separación, sino que continúan siendo los mismos, solamente que luego de la separación los componentes se han separado.

La separación de mezclas es un proceso físico, no químico. Esto quiere decir que no se constituyen sustancias nuevas luego de la separación de las mezclas, como sucede en los procesos químicos, donde se combinan químicamente (se rompen y se forman enlaces químicos) dos o más sustancias para formar otras nuevas.

Existen diferentes métodos entre los que se destacan la filtración, decantación, destilación, evaporación, centrifugación, levigación, imantación, lixiviación selectiva, flotación y la cristalización, entre otros. La elección del método para la separación dependerá del tipo de mezcla que se desee separar ya que existen mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas.

Existen al menos dos fases que componen las mezclas:

• Fase dispersa. Es la fase que se encuentra en menor proporción en la mezcla. Puede estar compuesta por una o más sustancias que se encuentran dispersas o disueltas en otra (fase dispersante). Por ejemplo, en una disolución de sal en agua, la sal es la fase dispersa o disuelta, mientras que el agua es la fase dispersante.
• Fase dispersante. Es la fase que se encuentra en mayor proporción en la mezcla. En ella pueden estar dispersas o disueltas una o más fases (fase dispersa). En el ejemplo anterior, la fase dispersante sería el agua, porque está en mayor proporción y contiene a la fase dispersa (la sal).

 Los componentes de una mezcla pueden ser separados utilizando métodos físicos de separación, mientras que los elementos que forman un compuesto químico no pueden ser separados por estos métodos: para eso son necesarios métodos químicos de separación.

Métodos de separación de mezclas

 Los métodos de separación de mezclas son métodos físicos que se basan en alguna propiedad física de los componentes de la mezcla que se quiere separar, como, por ejemplo, el punto de fusión, el punto de ebullición, el estado de agregación, el magnetismo, entre otras.

·         Filtración. Se utiliza para separar un sólido de un líquido, siempre que el sólido sea insoluble en el líquido. Se usa un filtro por el que se hace pasar la mezcla, el sólido queda retenido en el filtro y el líquido lo atraviesa.

·         Cristalización. Este método se utiliza para separar una mezcla de un sólido en un líquido. La mezcla se calienta para evaporar parte del disolvente. Posteriormente se deja enfriar la mezcla y el soluto se precipita formando cristales. Se utiliza para separar el azúcar del agua en una disolución azucarada. No se puede separar por evaporación, ya que el punto de fusión del azúcar es menor al punto de ebullición del agua y lo que se obtiene es un caramelo y no la separación de separación de las sustancias puras.

·         Evaporación. Es un método físico que permite separar un sólido de un líquido en una mezcla homogénea. Se basa en que el punto de fusión del sólido es mayor al punto de ebullición del líquido. Se utiliza cuando no hay interés en el líquido que se evapora, ya que este no se recupera, pasa a formar parte del medio. Esta operación se emplea para separar la sal del agua de mar en las salinas. El agua de mar almacenada en tanques abiertos se evapora poco a poco por los rayos de sol.

·         Decantación. Se emplea para separar mezclas de dos líquidos insolubles entre sí o mezclas de un sólido y un líquido, también insolubles uno en el otro. Para lograr la separación, la mezcla se deja en reposo en un embudo de decantación, la sustancia más densa descenderá, mientras que la menos densa quedará en la superficie. Luego se abre la llave del embudo y se deja pasar a la sustancia más densa.

·          Destilación. Este método sirve para separar mezclas de líquidos que son solubles entre sí. Está basado en las diferencias de puntos de ebullición de los distintos líquidos. Para separar la mezcla, primero se le aplica calor hasta que el líquido con menor punto de ebullición pasa a la fase vapor, y se condensa en otro recipiente. De esta forma queda separado del líquido de mayor punto de ebullición, que queda solo en el recipiente donde originalmente estaba la mezcla.

·         Cromatografía. Este método depende de la distribución de los componentes de la mezcla entre dos fases inmiscibles. Una fase móvil, llamada activa, que transporta las sustancias que se separaron y que progresa en relación con otra, denominada fase estacionaria. Por ejemplo, por esta técnica se pueden separar los componentes de la tinta de pluma o de un plumón. Se utiliza como fase fija una tira delgada de papel filtro como el de cafetera o un gis y como fase móvil, el agua. El procedimiento es muy sencillo.

·         Centrifugación. Se emplea generalmente para separar un sólido insoluble en un líquido. La mezcla se hace girar en una centrífuga (un recipiente que gira), provocando que la fuerza centrífuga envíe el sólido hacia el fondo del recipiente y dejando el líquido en la parte superior. Luego pueden separarse empleando decantación.

·         Imantación. Consiste en separar una mezcla de sustancias en la que al menos una de ellas tiene propiedades magnéticas y puede ser atraída por un imán.

·         SUBLIMACIÓN. Método utilizado en la separación de sólidos, aprovechando que alguno de ellos es sublimable, pasa de manera directa del estado sólido al gaseoso por incremento de temperatura.

·         La tamización es el método para separar mezclas con componentes sólidos con diferentes tamaños, que pasan por un colador o tamiz.

·         Sedimentación. La sedimentación es el método que separa los componentes sólidos de una mezcla líquida por efecto de la gravedad. Este método se usa en las plantas de tratamiento de aguas residuales o aguas negras, dejando que los residuos sólidos sedimenten, es decir, caigan al fondo.

¿Qué es una sustancia pura?

Las sustancias puras son aquellas que tienen una composición química fija y definida, o sea, que no varía sin importar las condiciones físicas en que dicha sustancia se encuentre. Dicho de otro modo, las sustancias puras permanecen químicamente inalteradas (no cambia su estructura química) en sus distintos estado de agregación.

Las sustancias puras son aquellas que están compuestas por un solo tipo de materia, ya sea átomos o moléculas, y tienen las mismas propiedades en todas sus partes. 

Algunas características de las sustancias puras son:

• Tienen una composición química fija. 
• Su composición no varía, aunque cambien las condiciones físicas en las que se encuentren. 
• Tienen propiedades físicas características, como la densidad, la temperatura de fusión y la temperatura de ebullición

Algunos ejemplos de sustancias puras son:

·         El agua (H2O)

·         El ozono (O3)

·         El monóxido de carbono (CO)

·         El dióxido de carbono (CO2)

·         El hierro puro (Fe)

·         El sodio (Na)

·         El oro puro (Au)

·         El benceno (C6H6)

·         El grafito (C)

·         La sal o cloruro de sodio (NaCl

Una mezcla es la combinación o unión de dos o más elementos o componentes que pueden encontrarse en cualquier estado de la materia.

 Según la naturaleza de los elementos, la mezcla puede ser musical, social, física, química o de otras sustancias.

 Se denominan mezclas musicales a la combinación de géneros musicales o extractos de músicas que se hacen a través de un proceso de grabación y edición de sonido.

 Las mezclas sociales indican generalmente una diversidad en una población o sociedad como, por ejemplo, las mezclas culturales, étnicas o de clases sociales que crean diversidad cultural y tolerancia.

 Las mezclas de colores son usadas para crear pinturas de un color en especial, por ejemplo, el violeta es una mezcla entre el color rojo y azul o las mezclas de colores CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key) para la impresión de colores offset.

 Las mezclas físicas son aquellas en las cuales no existe una unión de los elementos, pero sí proximidad. Las mezclas físicas no crean sustancias nuevas y no generan reacciones químicas como, por ejemplo, el agua, la tierra y la arena.

 Las mezclas físicas suelen influenciar las propiedades físicas de las sustancias.

 Las mezclas químicas, en cambio, son aquellas en las cuales los elementos se unen entre sí y generan reacciones químicas. Estas reacciones suelen crear sustancias nuevas como, por ejemplo, la mezcla de elementos químicos para crear aleaciones.

Tipos de mezclas

De la mezcla de las diferentes sustancias se pueden obtener tipos de mezclas. Las más comunes son:

• Aleaciones: combinación de elementos metálicos.
• Soluciones: mezcla de dos sustancias puras que no reaccionan entre sí.
• Coloides: mezcla de partículas pequeñas que quedan suspendidas en un fluido. Por ejemplo, el humo.
• Suspensiones: mezcla de un sólido formado por pequeñas partículas, como el polvo, que se une con una sustancia líquida.

Clasificación de las mezclas. Se diferencian dos clases de mezclas que se denominan homogéneas y heterogéneas.

 La mezcla homogénea es una combinación uniforme o consistente en todas las partes que forman la solución, en la cual un soluto se disuelve en un solvente. Por ejemplo, cuando se disuelve una cucharada de azúcar en un vaso de agua.

La mezcla heterogénea carece de uniformidad, por lo que se pueden distinguir las sustancias o elementos que forman la mezcla. Por ejemplo, en el granito se pueden ver las piedras que lo componen, en una ensalada se diferencian los ingredientes o la sangre cuyos componentes se pueden diferenciar unos de otros.

Métodos de separación de mezclas

Los métodos de separación de los elementos de una mezcla son diferentes si se trata de una mezcla homogénea o una mezcla heterogénea y ayudarán a determinar si es una o la otra.

Para las mezclas homogéneas se utilizan los siguientes métodos para la separación del soluto del solvente:

• La extracción: diferenciación de solubilidad frente a un disolvente, por ejemplo, separación del yodo del agua.
• La cromatografía: interacción de los solutos en fases diferentes, por ejemplo, la obtención de clases de clorofila.
• La cristalización: solidificación del soluto, por ejemplo, obtener el azúcar del agua.
• La evaporación: aumento de la temperatura para eliminar el solvente, por ejemplo, la sal de mar.
• La destilación: utilización de puntos de ebullición, por ejemplo, los óleos esenciales.

En las mezclas heterogéneas podemos encontrar los siguientes métodos de separación:

 La filtración, por ejemplo, del agua potable que separa lo sólido del líquido.

La tamización, por ejemplo, para materiales de construcción obteniendo la arena del limo.

La centrifugación, por ejemplo, de la ropa mojada en la lavadora.

La imantación, por ejemplo, de metales de otros sólidos

La decantación, por ejemplo, de sedimentos del vino.

Una disolución es la mezcla homogénea de dos o más componentes que no reaccionan entre sí y que se encuentran en proporciones variables.

Las disoluciones tienen dos elementos: un solvente o disolvente, que es en el que se disolverá el soluto, y que generalmente está presente en mayor proporción. Por su parte, el soluto, es el compuesto que se disolverá en la mezcla.

El término disolución proviene del latín dissolutĭo, que alude a la acción y efecto de disolver.

Disolución también se refiere al rompimiento de vínculos o a la excesiva flexibilización de las normas o costumbres.

Características de una disolución

En términos generales, una disolución presenta algunas características distintivas:

• Tiene un soluto y un solvente.
• En una disolución, los componentes no se pueden separar por centrifugación ni filtración. En cambio, la cristalización y la destilación permitirían obtenerlos.
• Cuando el soluto se disuelve, pasa a formar parte del solvente. Por ejemplo, cuando el azúcar se disuelve en el agua, se convierte en parte de la mezcla.
• En una disolución, el volumen total es diferente a la suma de volúmenes de sus componentes. Esto sucede porque no son aditivos.
• Las proporciones de solutos y solventes se mantendrán iguales.
• Las proporciones de soluto y disolvente son variables, pero dentro de ciertos límites, que la mezcla entre los componentes depende de la solubilidad de los mismos (cantidad de soluto que puede mezclarse con el solvente). Por ejemplo, una cuchara de azúcar puede disolverse en un vaso de agua, pero no ocurrirá lo mismo si a la misma cantidad de agua le agregamos un kilo de azúcar.
• Al agregar un soluto a un disolvente, las características originales del segundo se modifican: disminuye su presión a vapor, su punto de congelación, y aumenta su punto de ebullición.
• En una disolución, las características químicas de sus componentes.

Tipos de disolución

Las disoluciones se clasifican según su estado de agregación y su concentración. En ambos casos, existen varias subclasificaciones:

Disoluciones según su estado de agregación:

Estado sólido

• Sólido en sólido: el ejemplo más común son las aleaciones (combinaciones de dos o más elementos metálicos), como el cobre y el zinc, que dan como resultado latón.
• Gas en sólido - sólido: hidrógeno disuelto en paladio (se utiliza como una forma de almacenamiento de hidrógeno).
• Líquido en sólido: mercurio líquido mezclado con plata (se utiliza en el área odontológica para hacer las amalgamas).

Estado líquido

• Líquido en líquido: alcohol en agua.
• Sólido en líquido: agua con azúcar.
• Gas en líquido: bebidas carbonatadas.

Estado gaseoso

• Gas en gas: butano (una forma de combustible) disuelto en aire.
• Sólido en gas: naftalina sublimada en el aire.
• Líquido en gas:productos en aerosol.

Disoluciones según su concentración

En este caso, las mezclas son valoradas de forma cualitativa o cuantitativa.

Disoluciones empíricas

En este caso, se valora la calidad del disolvente y el soluto. Se subclasifican de la siguiente manera:

• Disolución diluida: la cantidad de soluto es mínima en proporción con el disolvente (azúcar diluida en café).
• Disolución concentrada: la cantidad de soluto es considerable con respecto al disolvente (agua de mar).
• Disolución saturada: el soluto y el solvente están equilibrados. Las bebidas carbonatadas tienen una proporción equilibrada de dióxido de carbono en agua.
• Disolución sobresaturada: la cantidad de soluto es mayor a la que puede mezclarse con el disolvente. Los jarabes y caramelos tienen una sobresaturación de azúcar en un solvente líquido.