Las mezclas y su separación

SEPARACIÓN DE MEZCLAS
HISTORIA

Durante muchos siglos de estudio de las substancias el hombre ha planteado diferentes teorías respecto a la comparación de las substancias.
En la época de los griegos Aristóteles pensaba que todas las substancias estaban formadas por cuatro elementos, aire, agua, tierra y fuego, y aún se conserva la designación de elementos para estas substancias. Durante muchos siglos esta idea se mantuvo, aún a finales del siglo XVIII había químicos que seguían manteniendo esta idea.
Boyle despejó un poco las cosas en el siglo XVI al definir de manera experimental el concepto de elemento, es decir planteó que un elemento es una substancia que no se puede separar en otras 2, pero en ese momento no se tenía una idea de la existencia de los compuestos y mezclas. No fue sino hasta el siglo XIX con la confirmación de la Ley de las Proporciones constantes cuando pudieron diferenciarse. La clasificación de las substancias en mezclas y substancias puras es relativamente nueva en la química y no fue fácil establecer en el laboratorio las diferencias entre una mezcla y una substancia pura, pues tampoco se tenía claro que las transformaciones que se realizaban en la materia podían ser de naturaleza distinta, es decir, la materia podía experimentar cambios físicos y químicos.

CONCEPTO

Para entender el comportamiento de la materia es muy importante entender la diferencia entre una mezcla y una substancia pura que puede ser un elemento o un compuesto.

Si observamos las substancias con las que tenemos relación en nuestra vida observamos que la mayoría de ellos son mezclas que pueden separarse en otras más sencillas. Por ejemplo el agua de la llave o la que bebemos se puede separar en agua y sales minerales, la leche contiene caseína, azúcar, agua y otras substancias, el aire sabemos que es una mezcla de nitrógeno, oxígeno, bióxido de carbón, vapor de agua y otras sustancias, inclusive los seres vivos están compuestos por una gran variedad de mezclas, la sangre por ejemplo es una mezcla de diversas células y sustancias, al igual que la sabia de las plantas, inclusive, si observamos las etiquetas de los medicamentos o alimentos envasados veremos que son mezclas de varias substancias en X cantidades.

Es difícil encontrar en nuestro entorno una substancia totalmente pura; por ejemplo decimos que el alcohol que venden en la farmacia es de 96º, lo cual quiere decir que contiene 96% de alcohol y 4% de impurezas, las joyas elaboradas con metales, como el oro y la plata tienen generalmente grabada una inscripción, en el caso del oro decimos que es de 10, de 12, de 14, de 18 o de 24 kilates, esto se refiere a la pureza del oro, conforme mayor es el kilataje mayor será la pureza del oro con el que
está elaborada la joya, en el caso de los objetos hechos de plata; puede aparecer la inscripción 95, que significa que su pureza es del 95%. En estos casos estamos hablando de sustancias que se han logrado purificar de forma importante pero la gran mayoría de las sustancias ya sea naturales o elaboradas por los seres humanos no tienen una pureza tan alta.
¿Cómo definimos una mezcla?

Para poder entender la definición de mezcla tienes también que comprender la diferencia entre un cambio físico y uno químico, que son las propiedades características y que es una proporción. Aclara estos conceptos.
Generalmente en los libros de secundaria se nos dice que la diferencia entre un cambio físico y uno químico es que el físico es reversible y el químico no y que en el cambio físico no hay un cambio de energía y en el químico sí y no se nos aclaran algunos conceptos de esto por lo que muchos de nosotros tenemos una confusión sobre esta diferencia. Creemos importante señalar que en un cambio físico las substancias originales, es decir de las que partimos, siguen siendo las mismas, por ejemplo
podemos congelar, evaporar o fundir el agua pero seguirá siendo agua, podemos mezclarla con sal o con azúcar pero sigue siendo agua. Pero ¿Cómo podemos saber que una substancia sigue siendo la misma substancia? Analizando sus características, por ejemplo si evaporamos el agua cuando la volvamos a tener a la temperatura anterior se debe ser nuevamente líquida, su punto de ebullición debe ser igual, tiene que disolver las mismas substancias que disolvía; en fin comportarse de la misma manera que lo hacía antes de sufrir el cambio.
Si se efectúa un cambio químico en una substancia su comportamiento cambia, esto no se puede siempre apreciar a través de los sentidos por lo que es indispensable medir algunas características en el laboratorio. Por ejemplo si el azúcar se convierte en
carbón y agua, el carbón no tiene el mismo color, ni el mismo punto de fusión que el azúcar su sabor también es distinto, es decir, sus características cambian porque se ha transformado en una substancia diferente.
Volvamos a nuestra definición de mezcla, seguramente encontramos algo parecido a esto.
Mezcla es la unión de dos o más substancias cuyos componentes no están unidos químicamente y se pueden separar efectuando cambios físicos basados en propiedades características y sus componentes pueden estar presentes en proporciones variables. Es decir que al formar una mezcla no se produce un cambio químico y que las substancias originales siguen siendo las mismas, o sea, si ponemos agua y alcohol en la mezcla habrá alcohol pero su olor será menos intenso que el del alcohol puro, tanto el agua como el alcohol conservarán su punto de ebullición para formar la mezcla no es necesario que se ponga una cantidad determinada de agua o de alcohol puedo formar una mezcla con 50 ml. de agua y 50 ml. de alcohol pero también con 20 ml. y 80 ml. con cualquier cantidad que yo desee así por ejemplo en la mezcla llamada petróleo los componentes no se encuentran en la misma proporción por lo que tenemos diferentes tipos de petróleo crudo en México hay el Istmo, el Maya, etc. Existen dos tipos de mezclas: las homogéneas, son aquellas en las que sus partes y sus componentes se distribuyen de una manera uniforme, es decir no existe un límite definido o visible entre las partes de la mezcla, es decir parece ser una substancia pura. Todas las soluciones son ejemplo de mezclas homogéneas, leche homogeneizada como su nombre lo dice es una mezcla homogénea, es decir cuando se deja en reposo o se calienta no se separará la crema una muestra de agua de mar es también (si no tiene arena) una mezcla homogénea. Otro tipo son las heterogéneas, en estas las partes componentes no tienen una distribución uniforme, por ejemplo agua y arena, cualquier suspensión de la farmacia, el jugo de naranja etc.
MÉTODOS DE SEPARACIÓN
Desde tiempo inmemorial y sin tener conciencia de esto el hombre ha desarrollado métodos para la separación de substancias que se encuentran mezcladas con otras por ejemplo la obtención de metales para diferentes fines, en especial para la guerra, pero también ha ideado la formación de mezclas por ejemplo el bronce formado por fierro, cobre y estaño para dar propiedades deseadas al metal.
En el mundo actual dentro de la industria y la investigación química se requieren grandes cantidades de substancias purificadas, pero también con diferentes fines es necesario obtener mezclas.
La química se ocupa de las separaciones de las mezclas, en muchas ocasiones son sencillas por ejemplo una mezcla de azufre y fierro puede separarse atrayendo el fierro con un imán pues éste conserva su magnetismo igualmente separar las fracciones, separadas por destilación fraccionada, aún son mezclas que resulta muy difícil separar ya que las substancias que las forman se parecen mucho.
Sin duda alguna uno de los problemas de la química es la separación de mezclas complejas. Se conocen en la actualidad cientos de miles de componentes químicos y es fácil entender la gran variedad de mezclas que se pueden formar a partir de estas.
Sería absolutamente imposible idear métodos de separación de todas las mezclas. Sin embargo existe una serie de procedimientos generales a los que se puede recurrir para hacer separaciones .Los métodos que se utilizan en el laboratorio se emplean algunas veces a nivel industrial solo que con equipo diferente.
La selección de un método específico de separación dependerá del problema que se tenga, por lo que en ocasiones no es suficiente considerar el número de substancias y sus características si no el uso que se le dará a la substancia la complejidad del método, el costo, etc.
Cada método tiene ventajas y desventajas pero de manera general podemos decir que para separar mezclas es necesario ante todo tomar en cuenta las características de ésta y de sus componentes.
Podríamos hacer un intento de buscar métodos de separación de substancias dependiendo del tipo de mezcla que sea y su estado físico. Generalmente es más sencillo separar las heterogéneas porque sus componentes se pueden diferenciar.

Si tenemos una mezcla heterogénea sólido-líquido, la cual se produce cuando se pone en un líquido un sólido insoluble el cual se puede detectar a simple vista. El proceso que empleamos para separarla será el de filtración (ver figura) que consiste en hacer pasar la mezcla a través de un embudo donde se coloca un papel (hay otros materiales que pueden utilizarse como el algodón, asbesto comprimido, arena, etc.), de esta forma el sólido quedará en el filtro y el líquido se recoge en un recipiente quedando separados de esta forma. La separación también puede hacerse por decantación si el sólido esta bien asentado en el fondo del recipiente es decir, verter con cuidado el líquido sin permitir que el sólido se derrame junto con el. Sin embargo es más recomendable la filtración para evitar que se vayan partículas del sólido en el líquido. Si algunas partículas de sólido llegan a pasar a través del filtro debe emplearse otro menos poroso o poner papel doble.

Para separar una mezcla heterogénea líquido - líquido, es decir dos líquidos de diferentes densidades que son inmiscibles (no se disuelven uno en el otro, como el agua y el aceite),se utiliza el proceso de decantación, para decantar utilizamos un embudo de separación (ver figura) en el cual colocamos la mezcla, abrimos la llave inferior y dejamos salir el líquido más denso (el que esta abajo); como la división entre los dos líquidos se ve perfectamente cerramos la llave cuando acabe de salir el primero y el otro lo colocamos en otro recipiente, quedando de esta manera separados los dos líquidos.
Las mezclas de sólidos generalmente son heterogéneas y son difíciles de separar, la forma más usual es encontrar un disolvente en el que uno de los componentes sea soluble y los otros no. Para esto, se pone la mezcla en un vaso, se agrega el
disolvente elegido en una cantidad que nos permita disolver toda la substancia soluble, puede calentarse para disolver con más facilidad, se agita y posteriormente se filtra quedando en el papel los componentes insolubles y el soluble se recibe en un recipiente (este se encuentra disuelto). Posteriormente se evapora el disolvente para obtener el primer componente de la mezcla original. Si la mezcla consta de dos componentes en el filtro quedará el segundo componente de la mezcla original. Si la mezcla tiene mas de dos habrá que buscar otro disolvente y repetir esta operación.

Otro método para la separación de sólidos que se puede utilizar cuando uno de los componentes pasa del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el líquido; es la sublimación. Para efectuar esta separación la mezcla se calienta y los vapores del sólido que del sólido sublimable se condensan en una superficie fría (ver figura). Dos substancias que tienen la propiedad de sublimar son el yodo y la naftalina.
Si los sólidos mezclados son solubles en el mismo disolvente este procedimiento no sirve y se debe usar la cristalización fraccionada. Es un proceso complejo basado en la diferencia de solubilidad de las dos substancias en el mismo disolvente: una de las substancias se mantiene en solución y parte de la otra queda insoluble, y se separa por filtración.
Para realizar este método de separación; se disuelve la mezcla en el líquido elegido, calentando hasta que este totalmente disuelta, se deja evaporar parte del disolvente y cuando empieza a formarse un sólido se enfría y se filtra, esta operación se repite o puede evaporarse a la mitad el disolvente y filtrarse en caliente, esto depende de la solubilidad de los componentes en caliente, de esta forma uno de los sólidos, el menos soluble quedará en el filtro y el otro, el más soluble quedará en solución aunque no estarán 100% separados. Para afinar la separación puede repetirse este proceso varias veces.
En ocasiones los sólidos pueden estar tan finamente divididos y tan bien mezcla dos que pueden aparecer como una substancia pura, es decir constituir una mezcla homogénea, en este caso se tendrán que hacer pruebas cuidadosas para determinar si es o no mezcla lo cual a veces resulta complicado.
En el caso de mezclas homogéneas solo mencionaremos los líquidos. Cuando tenemos un líquido homogéneo podemos hacer varias suposiciones.
1. Que es una substancia pura
2. Que son 2 o más líquidos
3. Que es un líquido con un sólido disuelto
¿Cómo podríamos saber cuál de estas posibilidades es la correcta? Como nuestros sentidos no nos dicen nada acerca de esto tenemos que recurrir a pruebas del laboratorio en las que apliquemos los conocimientos adquiridos con anterioridad.
Sabemos, por ejemplo que en una mezcla los componentes conservan sus propiedades características ¿Qué pasaría por ejemplo con el punto de ebullición si mezclamos agua y alcohol?, según nuestra definición estos deben conservarse, el punto de ebullición del agua será 92.8 ºC y el del alcohol 74ºC (en la ciudad de México).
Antes de decidirnos a separar nuestra mezcla es necesario hacer una prueba; para esto calentamos una muestra de la sustancia hasta que se evapore; tomamos la temperatura cada 30 segundos y construimos una gráfica de temperatura vs tiempo si las mezcla tiene dos componentes; en la gráfica se apreciaran 2 mesetas, una los 74ºC y la otra aproximadamente a los 92ºC, porque ambos líquidos conservan su punto de ebullición.
Así, cuando tenemos una mezcla de varios líquidos miscibles, podremos saber el número de componentes que contiene por el número de mesetas que obtengamos al hacer una gráfica de temperatura vs tiempo. Si en la mezcla hay algún sólido disuelto éste se podrá ver cuando los líquidos se evaporen totalmente. Si la mecal está constituida únicamente por un sólido disuelto en un líquido debemos realizar una destilación simple, esto es evaporar y condensar la fase líquida para recuperarla y dejar en el recipiente el sólido que estaba disuelto .
Si se trata de una mezcla de varios líquidos el método empleado será la destilación fraccionada (ver figura) es básicamente igual que la destilación simple sólo que para que los vapores no pasen mezclados al refrigerante se emplea una columna de destilación que puede diseñarse de diferentes maneras dependiendo la diferencia de los puntos de ebullición de las substancias que se requieren separar y la pureza que se desee. Para separar los componentes debe cambiarse el recipiente donde se recogen los líquidos cada vez que se detenga la temperatura.
Existen además de estos otros métodos de separación de mezclas más complejas que requieren de un mayor conocimiento teórico para poderlos comprender, uno de los más utilizados es la cromatografía la cual se basa en la diferente afinidad de los componentes de una mezcla con una substancia absorbente, llamada fase estacionaria y un disolvente, considerado la fase móvil del sistema.

La separación se logra porque algunas de las substancias son más fuertemente retenidas por la fase estacionaria y no pueden ser arrastradas por la fase móvil. Un ejemplo sencillo de esto es la cromatografía en papel de la tinta negra par lo cual se pone una línea de plumón; con tinta negra soluble en agua; a 1cm de la parte inferior de una tira de papel filtro (de tal forma que se pueda introducir en agua sin que esta toque la tinta). Se agrega una cantidad pequeña de agua en un vaso de precipitados (que llegue a una altura menor de 1 cm.) se coloca la parte inferior de la tira de papel dentro del agua (evitando que el agua toque la línea del plumón), se sujeta la parte superior del papel en el vaso y se deja que el agua suba a través del papel filtro. Antes de que el agua llegue a la punta de papel se observa lo ocurrido. Podemos observar que los colores que conforman la tienta negra se separan.
SEPARACIÓN DE UNA MEZCLA PROBLEMA
Usando la información que se te proporciona y las técnicas detalladas que puedes buscar en los libros de experimentos o en las direcciones de Iternet
http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/medio_superior/SEIEM/1a/01/00/02_material/2a_generacion/mod7/sesion3/MetodosSeparacnMezclas.pdf
http://www.scribd.com/doc/12823032/Sustancias-Puras-y-Mezclas
http://www.youtube.com/watch?v=qgdP097SbiY
http://www.youtube.com/watch?v=aZee2VhP0iI&NR=1
Separa la mezcla problema que te proporcionará tu profesora.
Si no has realizado experimentos de separación de mezclas, es necesario que pruebes cada una de los métodos con una mezcla conocida para evitar problemas con tu examen.
Para probar la filtración te sugerimos usar una mezcla de agua y azufre.
Para la decantación agua y tetracloruro de carbón.
Para separar por diferencia de solubilidad una mezcla de sal y azufre o de azufre y carbón
Para la cristalización fraccionada una mezcla de sal común y nitrato de potasio
Para la destilación simple agua y sal.
Para la destilación fraccionada agua y alcohol isopropílico
Para la cromatografía tinta negra de plumón
Antes de separar tu mezcla obsérvala con cuidado, descríbela y plantea una hipótesis sobre los posibles componentes que la forman.
Haz algunas pruebas con pequeñas muestras para verificar las hipótesis. Una vez verificadas las hipótesis procede a separarla por cualquiera de los métodos descritos; ten precaución de recuperar cada uno de los componentes una vez separados asegúrate de que las substancias que separaste no son mezclas homogéneas.
Consulta en internet en la las características de los componentes o compararlos con substancias del laboratorio para identificarlos.
Durante la experimentación es necesario que tomes fotos de los experimentos que realices y el material que utilices.
Elabora una presentación en power point en el que expliques como separaste tu mezcla.
En tu informe debes indicar:
1. Marco teórico sobre el tema
2. Objetivo del experimento
3. ¿Cuáles fueron tus hipótesis?
4. ¿Qué pruebas se hicieron para comprobarlas?
5. ¿Cuál o cuales fueron las técnicas empleadas, explicando porque se emplearon?
6. Los errores que se cometieron al realizar la separación
7. Las conclusiones sobre el número de substancias que tiene la mezcla, sus características y el posible nombre de acuerdo a sus características.

Nota para elaborar correctamente tu presentación puedes consultar las páginas:
http://software.comohacerpara.com/n5552/como-reducir-el-tamanio-de-las-presentaciones-en-powerpoint.html
http://www.slideshare.net/jackievil/sobre-presentaciones-y-uso-del-power-point-2348235
http://www.baluart.net/articulo/18-tips-para-una-genial-presentacion-power-point