MEZCLAS: TIPOS Y METODOS DE SEPARACION

La separación de mezclas es el proceso físico en el que una mezcla se somete algún tratamiento que permite dividirla y separar sus componentes en al menos dos sustancias diferentes, durante el proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin generar cambio alguno en sus propiedades químicas.  Generalmente, el método de separación a utilizar se determina de acuerdo a los componentes presentes en la mezcla y a sus propiedades particulares.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LAS FASES

Las propiedades físicas de la materia son aquellas características propias de la sustancia, que al ser observadas o medidas no producen nuevas especies químicas, mientras que las propiedades químicas son aquellas que al ser observadas o medidas producen nuevas especies químicas en las mezclas generando cambios en su estructura interna.  Las propiedades más importantes son:

Solubilidad:

La solubilidad se define como la máxima concentración de soluto que puede ser disuelta en una cantidad dada de disolvente (solvente) a una temperatura determinada. Esta propiedad permite determinar si se formará un precipitado al mezclar dos soluciones o cuando se adiciona el soluto a la solución.

Temperatura:

La Temperatura de ebullición de las sustancias, se define como el punto donde estas pueden ebullir a una presión total aplicada de 1 atmósfera. Al aumentar la presión, el punto de ebullición aumenta y la densidad de la fase gaseosa que se está generando aumenta para finalmente volverse indistinguible de la fase líquida con la que se encuentra en equilibrio, si se sigue aumentando la temperatura, aparece la temperatura crítica donde por encima de esta, no existe una fase líquida clara.

Conocer la temperatura en la cual se produce el cambio de la fase líquida a la gaseosa es muy importante ya que se puede determinar el método de separación de mezclas adecuado, ya que, por ejemplo, en el caso de sustancias puras sometidas a una presión fija tanto el proceso de ebullición como el de vaporización ocurren a una sola temperatura y conforme se aumenta la temperatura, esta permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido.

Densidad:

La densidad es una propiedad física característica de cualquier materia existente y se define como la magnitud que expresa la relación que existe entre la masa de una sustancia y el volumen que esta ocupa.  Las variaciones en la densidad dependen principalmente de la presión y la temperatura, por lo general, cuando se realiza un aumento en la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta, en casos cuando se aumenta la temperatura, la densidad de la mezcla disminuye.

Presión de vapor:

Es la presión en equilibrio que se ejerce en la mezcla cuando se igualan en un proceso dinámico tanto el proceso de evaporación como el de condensación. Las moléculas de una sustancia se movilizan a diferentes velocidades y al aumentar la temperatura, algunas de las moléculas presentes en la superficie del líquido poseen la energía suficiente para repeler la fuerza de atracción y transformarse en la fase gaseosa.

Viscosidad:

La viscosidad se encuentra presente en todos los fluidos y es generada por las colisiones entre las partículas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, provocando una resistencia a su movimiento.  Los fluidos que no presentan viscosidad o su tienen un coeficiente nulo, se conocen como fluidos ideales y son generalmente superfluidos con temperaturas muy bajas.

Evaporación:

Es el proceso en el cual las moléculas que se encuentran en la superficie de los líquidos adquieren la energía necesaria para escapar de las fuerzas de atracción que las mantiene unidas a la mezcla. Las moléculas con mayor energía pasan a la fase de vapor, provocando una disminución en la temperatura del líquido. Este proceso es  de tipo endotérmico.

TIPOS DE MEZCLAS

Una mezcla es un material que se forma por la unión de dos o más componentes los cuales no se ven alterados en sus propiedades químicas.  Algunas mezclas pueden ser reactivas, es decir, que sus componentes dependiendo de ciertos condicionantes ambientales, pueden reaccionar entre sí. Los componentes de las mezclas pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos y se pueden clasificar en dos grandes grupos, los cuales se describen a continuación:

Mezclas Homogéneas:

Las mezclas homogéneas son aquellos tipos de mezclas donde sus componentes no se pueden ser diferenciados a simple vista, se conocen como soluciones y están constituidas por dos componentes, soluto, el cual es la sustancia que se encuentra en menor proporción en la mezcla y solvente, sustancia predominante en la solución.

Mezclas heterogéneas:

Una mezcla heterogénea posee una composición no uniforme de sustancias donde se pueden distinguir fácilmente sus componentes, se conforma de dos o más sustancias físicamente distintas y distribuidas en forma desigual. Las partes que componen este tipo de mezclas pueden ser separadas fácilmente. ​ Se diferencian dos tipos de mezclas heterogéneas:

• Mezclas gruesas: Donde el tamaño de las partículas presentes en la sustancia es apreciable, como, por ejemplo: el cemento, el agua con arena, entre otras.
• Suspensiones: En este tipo de mezclas, las partículas presentes se depositan con el tiempo, como, por ejemplo: medicamentos, aceite con agua, agua con talco, aguas residuales con materiales suspendidos, entre otros.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS

Separación de mezclas de sólidos (S – S)

• Tamizado:

El método de tamizado o separación manual, se emplea cuando la mezcla está conformada por partículas de diferentes tamaños.  Para ejecutar el tamizaje, se hace pasar la mezcla por un tamiz, por cuyas aberturas caerán las partículas más pequeñas, quedando el material más grueso dentro del tamiz. Este método de separación sólido – sólido se usa en análisis de suelos y en la industria de fabricación de harinas.

• Levigación:

La levigación es el método de separación que consiste en pulverizar una mezcla sólida para posteriormente tratarla con un disolvente; este tipo de separación se realiza basándose en la diferencia de densidades de las sustancias que componen la mezcla.  El levigado,  es un método de separación que complementa el tamizado.  Este método se emplea en industrias mineras, especialmente en las industrias enfocadas a la extracción y separación del oro.

• Imantación:

Es un método de separación de mezclas tipo sólido – sólido que consiste en realizar la separación mediante las propiedades magnéticas presentes en las sustancias que la conforman, se debe utilizar un material que contenga un campo magnético que permita separar las sustancias metálicas en la mezcla, como la extracción de las limaduras de hierro en una mezcla con arena.

Separación de mezclas entre sustancias sólidas y líquidas (S – L)

• Decantación:

Este tipo de separación es el método más sencillo y se utiliza en casos donde se tienen líquidos que no se disuelven entre sí o cuando se encuentran materiales sólidos insolubles en un líquido.  El aparato utilizado en el proceso se conoce como embudo de decantación; para poder separar dos fases por medio de la decantación, la mezcla se deja en reposo hasta que la sustancia con mayor densidad se deposite en el fondo. La decantación se emplea como proceso inicial en el tratamiento primario de aguas residuales, así mismo se emplea en procesos de separación de petróleo en agua de mar y en separación de metales.

• Filtración:

La filtración se emplea para separar un sólido insoluble presente en un líquido. El estado de subdivisión del sólido es tal que lo obliga a quedar retenido en un filtro por donde se pasa la mezcla. En el proceso de filtración, se hace pasar la mezcla heterogénea a través de un filtro con un tamaño de poro adecuado, el sólido que queda atrapado en el papel filtro se conoce como residuo y la sustancia que pasa a través del papel se denomina filtrado.

Este método es ampliamente usado en varias actividades humanas, especialmente en los procesos primarios de purificación y de potabilización del agua, en actividades de la industria cervecera y en actividades industriales que requieran filtros porosos de cerámica, vidrio, arena o carbón.

• Centrifugación:

Este método de separación es un método que separa un sólido insoluble de grano muy fino y de difícil sedimentación de una sustancia líquida, la centrifugación consiste en someter una mezcla heterogénea a la acción de la fuerza centrífuga girando el recipiente que contiene la mezcla a gran velocidad, generando que el sólido sea depositado en el fondo del recipiente, mientras que el componente líquido queda hacia la parte superior del recipiente y puede ser separado mediante decantación.  El equipo que realiza este tipo de separaciones se conoce como centrífuga y se emplea frecuentemente en química analítica, en industrias que realizan separación de componentes sólidos de los lácteos y en laboratorios clínicos para la separación de plasma sanguíneo.

• Lixiviación selectiva:

Este tipo de separación se realiza mediante un proceso en el que un disolvente líquido pasa a través de un sólido pulverizado para que se genere la disolución de uno o más de los componentes solubles del sólido.  Este método de separación consiste en extraer mediante disolventes de tipo orgánico, aceites esenciales de plantas aromáticas o medicinales. ​ La lixiviación selectiva es común en la industria de fabricación de perfumes, productos de limpieza y medicamentos, así como en la industria de extracción de minerales en las minas.

Separación de mezclas entre sustancias líquidas (L – L)

• Destilación:

El método de separación de líquidos mediante el proceso de destilación se emplea para separar dos líquidos miscibles entre sí, que presentan distinto punto de ebullición. El proceso de destilación inicia aplicando altas temperaturas a la mezcla que se desea separar, el líquido más volátil se evaporará primero, quedando el otro en estado puro, posteriormente, la fase evaporada se recupera mediante condensación aplicando disminución de la temperatura.

Dependiendo del tipo de mezcla que se requiera separar, este proceso se puede dividir en dos tipos: la destilación simple en la cual se realiza la separación de una fase sólida y una líquida; y la destilación fraccionada en la que el proceso se realiza para dos fases líquidas. Los métodos de destilación son utilizados principalmente en la industria licorera para la obtención de alcohol y la industria petrolera para obtener productos derivados del petróleo, además se emplea para el tratamiento de aguas residuales.

• Cromatografía:

La cromatografía se utiliza para separar e identificar mezclas complejas​ que no se logran separar mediante otros medios. Los métodos cromatográficos existentes pueden ser: papel, capa fina, columnas y gases. Todos, emplean como principio de funcionamiento la propiedad de capilaridad por la cual una sustancia se desplaza (fase móvil) a través de un medio determinado conocido como fase estacionaria.

Para que la fase móvil se pueda desplazar por la fase estacionaria debe existir atracción entre ellas; la intensidad de la atracción varía de una sustancia a otra, por lo que el desplazamiento de la sustancia se realiza a diferentes velocidades. La cromatografía, aprovecha las diferencias de solubilidad entre las sustancias para poder efectuar la separación: el componente más soluble se desplaza más rápido mientras que los demás componentes quedan rezagados. Este tipo de método de separación de mezclas es empleado para realizar análisis farmacéuticos, análisis de calidad de agua y para obtener colorantes empleados en la industria cosmética.