En muchas ocasiones encontramos mezclas homogéneas y heterogéneas cuyos componentes necesitamos separar sin alterar la naturaleza de las sustancias puras. Naturalmente, las sustancias puras que conforman una mezcla no se separan por sí solas. Sin embargo, para un laboratorio de química es indispensable obtener estas sustancias de manera independiente para conocer sus estructuras y sus propiedades. Es por ello, que conforme avanza la ciencia, han surgido una serie de métodos para separar estas mezclas.
Te explicamos qué son los métodos para separar mezclas y sus características. También conocidos como métodos de separación de fases, son los distintos procedimientos físicos que tienen la cualidad de separar los componentes que integran una mezcla. Para que los métodos de separación de mezclas puedan aplicarse y los componentes conserven su identidad, es necesario que no ocurran reacciones químicas ni se formen nuevas sustancias. Estos métodos pueden aplicarse tanto en mezclas homogéneas como heterogéneas, ya que no provocan cambios en la identidad de sus componentes. Incluso, estos pueden recuperarse en un estado similar al que tenían antes de someterlos al método de separación.
¿Qué son las Mezclas Homogéneas y Heterogéneas?
La mezcla es la unión física de dos o más substancias (elementos o compuestos) que al hacerlo conservan sus propiedades individuales. Antes de continuar veamos las diferencias entre estos dos tipos de mezclas.
Una mezcla heterogénea es distinguible a simple vista, por lo tanto, su distribución no resulta uniforme. Estas mezclas presentan al menos dos fases distintas (sólido y líquido). Por ejemplo, un plato de sopa con verduras vendría siendo una mezcla heterogénea.
Contrario a lo anterior, las mezclas homogéneas, son aquellas que sus componentes se encuentran mezclados, por lo que es imposible identificarlos por separado a simple vista, esto debido a la distribución uniforme que adoptan. También se les conoce como solución o disolución. Un ejemplo de este tipo de mezclas es una taza de té hirviendo.
Lea también: Deducción IVA: Guía Paso a Paso
Principios de la Separación de Mezclas
Cada componente tiene características muy específicas (punto de ebullición, densidad, tamaño, punto de fusión, entre otras), y es por ello que debemos ejecutar el método que mejor se adecúe a la sustancia. Los métodos para separar mezclas se deducen mediante actividades experimentales con base en las propiedades físicas de las sustancias involucradas.
Métodos de Separación de Fases
Decantación, Sedimentación y Flotación
En mezclas que contienen sólidos y líquidos es posible separarlos tan sólo dejando que el sólido se deposite en el fondo y, después, retirar el líquido teniendo cuidado de no quitar parte del sólido en el fondo.
La sedimentación, prácticamente, es el paso previo a la decantación. Como su nombre lo expresa, este método consiste en separar mezclas mediante el reposo; por lo que su principio se basa en la diferencia de densidades de los componentes de la mezcla. Normalmente, se utiliza para separar mezclas heterogéneas de un sólido en un líquido. Uno de los ejemplos más concretos, es la separación de granos de arena en agua. Reposando la mezcla, las partículas con mayor tamaño de arena se almacenan en el fondo del recipiente (precipitan), y de este modo se llega al sedimento.
La decantación es un método utilizado para separar un sólido, de grano grueso e insoluble, de un líquido. Consiste en esperar que se sedimente el sólido para poder vaciar el líquido en otro recipiente.
El proceso de decantación también se usa para separar dos sustancias aprovechando la diferencia de sus densidades, en el caso de líquidos. Este método se utiliza para la separación de dos líquidos no miscibles y de diferentes densidades, utilizando un embudo de decantación. Consiste en utilizar un embudo de decantación, donde se deja la mezcla en estado de reposo hasta que el componente con mayor densidad se vaya hasta el fondo. La válvula del instrumento de decantación se abre para dejarlo salir, y posteriormente se cierra en el momento idóneo para que el componente menos denso permanezca en el interior. Por ejemplo, si se agrega 20 ml de agua y también 20 ml de aceite en un embudo de separación, estos líquidos no se disuelven entre sí debido a su diferencia de densidad. Este método es aplicado en la extracción de petróleo en yacimientos marinos, donde se separan el petróleo, al ser menos denso, quedando en la parte superior del agua.
Lea también: Guía para la deducción del ISR
La flotación es el proceso inverso a la decantación: permite que la fase sólida de menor densidad ascienda y flote sobre la superficie del líquido, para luego retirarlo manualmente o con ayuda de un tamiz. Se basa en las diferencias de densidad de los componentes. En este método, las sustancias menos densas flotan sobre las más densas. Por ejemplo, al poner madera sobre el agua, por la misma densidad de esta, la madera flotará.
Filtración
Este método se usa para separar sólidos mezclados con líquidos, de manera que no es posible decantar la mezcla. Entonces se hace pasar la mezcla a través de un material poroso, de tal manera que el líquido pasa a través de éste, pero el sólido no, separando así la mezcla. Con este método se puede separar un sólido insoluble de grano relativamente fino de un líquido. En este método es indispensable un medio poroso de filtración que deja pasar el líquido y retiene el sólido. La filtración es un método útil para separar sólidos no solubles de líquidos. Para ello, se hace pasar la mezcla heterogénea a través de un filtro con un tamaño de poro adecuado (menor que el de las partículas que queremos separar). Esta operación consiste en separar mezclas heterogéneas de un sólido imposible de disolver en un líquido. Para llegar a ello, se utiliza un papel filtro que tiene la función de retener al elemento sólido en la superficie y dejar pasar el líquido. Estos papeles tienen un tamaño de poro para cada sustancia. Un ejemplo del día a día, es la filtración del café.
La filtración por vacío es una técnica de separación de mezclas sólido-líquida. La mezcla se introduce en un embudo plano con el papel de filtro acoplado al fondo. Desde el fondo del embudo se aplica con una bomba un vacío que succiona la mezcla, quedando el sólido atrapado entre los poros del filtro. El resto de la mezcla atraviesa el filtro y queda depositada en el fondo del recipiente.
Tamización
Para este proceso se utiliza una red o tamiz con perforaciones que permiten el paso de los fragmentos más pequeños y retiene los más grandes. La tamización consiste en pasar una mezcla a través de un tamiz o colador para separar componentes sólidos de diferentes tamaños. Es comúnmente utilizado en la construcción para separar arena de piedras, otros ejemplos son el tamizado de la harina para hacerla más ligera o bien los metales preciosos con la arena. Un panadero, para preparar su masa, necesita cernir la harina para separar los grumos.
Evaporación
Cuando se disuelven sólidos en líquidos, es posible evaporar todo el líquido hasta que sólo quede la sustancia que no se evaporó en el recipiente. La evaporación es uno de los métodos que tiene la cualidad de separar un sólido de un líquido en una mezcla homogénea. Únicamente se emplea cuando el punto de fusión del sólido es mayor al punto de ebullición del componente líquido, ya que esta técnica se emplea cuando no se tiene interés alguno en el líquido. Con este método se separa un sólido disuelto en un líquido y consiste en aplicar incremento de temperatura hasta que el líquido hierve y pasa del estado líquido a estado de vapor, quedando el sólido como residuo en forma de polvo seco. ¿Sabes cómo se obtiene la sal de mesa?
Lea también: Consideraciones sobre la Deducción de IVA en México
Cristalización
La cristalización se usa para separar sólidos disueltos en líquidos, de manera que al comenzar la cristalización de los sólidos, el disolvente es excluido del cristal. Es un método utilizado para realizar la separación de una mezcla sólida en un líquido (azúcar en agua). Consiste en calentar la mezcla para evaporar el líquido y dejarla enfriar, de tal forma que el soluto quede hasta el fondo del recipiente en forma de cristales. El proceso comienza con la evaporación del disolvente (natural o forzada mediante calefacción) y acaba con la deposición en el fondo del recipiente (generalmente, un cristalizador) del sólido en forma de cristales. La velocidad de evaporación influye en el tamaño de los cristales: a menor velocidad, mayor tamaño de los cristales. Este método se utiliza, por ejemplo, para obtener la sal marina (a través del depósito de agua de mar en estanques especialmente diseñados para este proceso). Con este método se provoca la separación de un sólido que se encuentra disuelto en una solución quedando el sólido como cristal y en este proceso involucra cambios de temperatura, agitación, eliminación del solvente, etc.
Destilación
Este método sirve para separar soluciones aprovechando la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de una mezcla. Consiste en calentar una mezcla hasta que ésta alcance el punto de ebullición de la sustancia que ebulle a menor temperatura, esta sustancia se evapora y se separa de la mezcla poco a poco, su vapor pasa entonces por un condensador para ser recuperado en un recipiente.
El propósito de la destilación es separar dos o más líquidos que tienen distintos puntos de ebullición. Primeramente, se usa la evaporación, para después conseguir condensarlas por medio de la condensación. Ejecutando esto, se consigue separar mezclas homogéneas de líquidos. Para llevar a cabo dicho método se requiere un equipo de destilación. En este equipo se coloca la mezcla, se procede a calentar, y la sustancia con el menor punto de ebullición pasa al refrigerante. De esta manera podemos separar y almacenar los componentes que integran a la mezcla de forma independiente. La mezcla se vierte en un matraz esférico (o de fondo redondo) y se calienta. Cuando se alcanza la temperatura de ebullición más baja de los componentes, este comienza a convertirse en vapor y pasa por el refrigerante, donde se enfriará y condensará.
La destilación permite separar líquidos solubles entre sí, pero que tengan distinto punto de ebullición, como el agua y el alcohol. El procedimiento consiste en calentar la mezcla en un recipiente manteniendo el control de la temperatura, de modo que solo el componente con el punto de ebullición más bajo se evapore. Un ejemplo sencillo es separar una mezcla de agua y alcohol, el cual no se puede decantar y es más apropiado destilarlo, colocando la mezcla en un matraz de destilación, el cual estará conectado a un refrigerante (con circulación de agua) y todo este sistema sujetado por pinzas a los soportes universales. En la parte superior del matraz se coloca un termómetro para controlar la temperatura y en la parte inferior un anillo con una tela con asbesto para homogenizar la temperatura que tendrá en la parte inferior por el mechero de bunsen. Al calentar de manera controlada el alcohol se evaporará primero y al pasar por el refrigerante se condensará y volverá a estado líquido para recuperarlo al final del recipiente en un vaso de precipitados. Otro ejemplo es por destilación fraccionada y en grandes torres se efectúa la separación de los hidrocarburos del petróleo. Por destilación con arrastre de vapor se separa el solvente que extrae el aceite de las semillas, por ejemplo, hexano que extrae el aceite de ajonjolí.
Sublimación
Hay ciertas sustancias que pueden pasar del estado sólido al gaseoso, del tal modo que cuando están presentes en una mezcla heterogénea, es posible separarlos convirtiendo un sólido en gas, es decir, sublimando este sólido. La sublimación es un método utilizado para separar sólidos que tienen la capacidad de pasar directamente del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido. Un ejemplo común es la separación de yodo, naftalina o hielo seco.
Centrifugación
Al someter suspensiones o coloides a distintas velocidades de rotación, es posible separar sus componentes del más pesado al más ligero; al acelerarlos, los componentes más densos adquieren más fuerza que los menos densos, separándose así en sus distintos componentes. La centrifugación se emplea para separar componentes de diferentes densidades. Para ello, se coloca la mezcla dentro de un equipo especializado conocido como centrífuga, que ejerce el movimiento de rotación de manera constante; esto provoca que las partículas que tengan mayor densidad se almacenen en el fondo, y por el contrario, las de menor densidad se quedan en la parte superior. Es un método utilizado para separar un sólido insoluble de grano muy fino y de difícil sedimentación de un líquido. Esta operación se lleva a cabo en un aparato llamado centrífuga, en el que aumenta la fuerza gravitacional provocando la sedimentación del sólido.
Imantación o Separación Magnética
Este método sirve para separar sustancias magnéticas de otras que no presentan magnetismo en mezclas heterogéneas. Imagina que, para realizar un trabajo de clase, has comprado limaduras de hierro y de aluminio. En un descuido se han mezclado, y ahora necesitas separarlas o, de lo contrario, no podrás llevar a cabo tu tarea. Habrás pensado que la forma más rápida y efectiva de separar el hierro del aluminio es recurrir a un imán (si no tuvieras ninguno podrías improvisarlo, ya que muchos cierres de bolsos y tapas de carcasas protectoras de móvil son imanes). El método empleado en este caso para separar los componentes de tu mezcla heterogénea recibe el nombre de separación magnética o imantación. Con este método se aprovecha la propiedad de algún material para ser atraído por un campo magnético. Para que este método pueda ser utilizado, uno de los componentes dentro de la mezcla debe poseer cualidades magnéticas, mientras que el otro, no debe compartir esto. La separación se realiza pasando un imán por encima de la mezcla para que el elemento magnético logre adherirse, y el otro componente quede intacto. La separación magnética es un método que permite separar los componentes de una mezcla según su susceptibilidad al campo magnético. Algunas sustancias son atraídas por imanes (como el hierro, el níquel o el cobalto), mientras que otras no. Aprovechando esta diferencia, se aplica un imán o electroimán que permite extraer el material magnético sin alterar el resto de la mezcla.
Cromatografía
Es una palabra que proviene del griego croma/color y grafos/escribir -escritura a color- que técnicamente significa la separación física de compuestos coloridos como colorantes o pigmentos de un extracto o mezcla orgánica. La cromatografía se utiliza para separar mezclas mucho más complejas que no respondan a otros métodos de separación. Hay un proceso utilizado en este método conocido como capilaridad, que permite el avance de una sustancia a través de un medio particular. Gracias a la capilaridad es que se llega a dos fases conocidas como: fase móvil y fase estacionaria. En la fase móvil el componente avanza, mientras que la estacionaria es sobre la que se avanza. Para que se pueda llevar a cabo, ambos componentes deben ser afines a estas fases.
Este método consiste en separar mezclas de gases o líquidos, pasando la solución o muestra a través de un medio poroso y adecuado, con la ayuda de un solvente determinado. El equipo para esta operación puede ser tan simple como una columna rellena, un papel o una placa que contienen el medio poroso, o bien un cromatógrafo. Por este proceso se analizan mezclas como aire, productos extraídos de plantas y animales, productos elaborados como tintas, lápices labiales, etc.
La cromatografía se basa en la distinta afinidad de los componentes por una fase móvil y una fase estacionaria. La separación ocurre según la afinidad de los componentes por cada fase: aquellos con mayor afinidad por la fase móvil se desplazan más rápido, mientras que los que adhieren más a la fase estacionaria, avanzan en menor velocidad. En la actualidad existen distintos tipos de cromatografía, que varían según el medio utilizado y el método de aplicación. En química, específicamente, en la forense se emplea para determinar y cuantificar el alcohol en la sangre.
- Cromatografía de papel: La fase estacionaria es una tira de papel de filtro, mientras que la fase móvil es un disolvente que contiene la muestra. Se colocan unas gotas de esta solución en un extremo del papel y se deja que el disolvente avance por capilaridad. Un ejemplo sencillo se puede hacer con un gis y agua. En la parte media del gis se hace una marca de tinta (plumón) y luego se coloca el gis en agua sin que ésta llegue a la marca. Después de un tiempo se verán los componentes de la tinta.
- Cromatografía de capa fina: La fase estacionaria está compuesta de un material absorbente (como sílica gel) adherido a una placa de vidrio, aluminio u otro soporte. La fase móvil es un líquido que actúa como eluyente.
- Cromatografía de columna: La fase estacionaria consiste en un material sólido absorbente que se coloca dentro de una columna (tradicionalmente de vidrio, aunque hoy también se usan materiales como el acero inoxidable). La fase móvil es un eluyente líquido que atraviesa la columna, ya sea por gravedad o mediante presión aplicada por bombas.
Extracción por Diferencia de Solubilidad
Este método utiliza un solvente para separar componentes solubles de una mezcla. La diferencia de solubilidad permite separar sólidos de líquidos o líquidos de líquidos al contacto con un solvente que selecciona uno de los componentes de la mezcla. Este componente es soluble en el solvente adecuado y es arrastrado para la separación ya sea por decantación, filtración, vaporización, destilación, etc., dejándolo en estado puro. Por ejemplo, se utiliza para separar compuestos orgánicos de una solución acuosa utilizando un disolvente específico.
Tabla Resumen de Métodos de Separación de Mezclas
| Método | Principio de Separación | Tipo de Mezcla Común | Ejemplos de Aplicación |
|---|---|---|---|
| Decantación | Diferencia de densidades | Sólido-líquido (insoluble), líquido-líquido (inmiscible) | Arena y agua, agua y aceite, extracción de petróleo |
| Filtración | Tamaño de partícula, medio poroso | Sólido-líquido (insoluble) | Filtración de café, separar arena de agua |
| Evaporación | Diferencia de puntos de ebullición | Sólido disuelto en líquido | Obtención de sal de mesa a partir de agua salada |
| Cristalización | Solubilidad y temperatura | Sólido disuelto en líquido | Separación de azúcar o sal del agua, obtención de sal marina |
| Destilación | Diferencia de puntos de ebullición | Líquido-líquido (miscible), sólido-líquido (solución) | Separación de agua y alcohol, refinación de petróleo |
| Centrifugación | Diferencia de densidades, rotación | Sólidos finos en líquidos, suspensiones, coloides | Separación de componentes sanguíneos, leche desnatada |
| Imantación | Propiedades magnéticas | Sólido-sólido heterogénea | Separación de limaduras de hierro de arena o aluminio |
| Sublimación | Capacidad de pasar de sólido a gas | Sólido-sólido heterogénea | Separación de yodo, naftalina, hielo seco |
| Cromatografía | Diferente afinidad por fases móvil/estacionaria | Mezclas complejas, gases o líquidos | Separación de tintas, análisis forense, purificación de compuestos |
| Tamización | Diferencia de tamaño de partícula | Sólido-sólido | Cernir harina, separar arena de piedras |
| Flotación | Diferencia de densidades (ascenso) | Sólido-líquido | Separación de materiales menos densos de un líquido |
| Extracción por Solubilidad | Diferencia de solubilidad en un solvente | Sólido-líquido, líquido-líquido | Separación de compuestos orgánicos de soluciones acuosas |