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.
