Una pregunta común en la química es ¿Cuáles son los métodos de separación de mezclas? Porque a menudo se necesitan sustancias puras en el laboratorio para la elaboración de compuestos.
En este post te detallamos cada uno de los métodos de separación de mezclas homogéneas y heterogéneas.
¿Qué es una mezcla?
Es una combinación de dos sustancias en diferentes proporciones en las que cada una mantiene su identidad y propiedades distintivas.
Al combinar diferentes sustancias se obtiene una mezcla con propiedades diferentes a la de sus componentes. Las características que posee varían en base a la proporción utilizada de cada sustancia que la constituye.
Tipos de mezclas
Para clasificar una mezcla se utiliza el criterio óptico, el cual se limita a la observación para discriminar si los componentes de una mezcla son distinguibles entre sí. En base a ello las mezclas se clasifican en:
Mezclas homogéneas
El tamaño de las partículas contenidas en una mezcla homogénea, por lo general, suele ser inferior a 1 μm. Por ello pueden ser de dos tipos:
- Disoluciones: Son aquellas mezclas compuestas por un soluto disuelto en un disolvente. Las partículas de las disoluciones suelen tener un tamaño inferior a 1 nm.
- Coloides: El tamaño de sus partículas se encuentra entre los 0.001 y 0.1 μm. Poseen una fase dispersante y una fase dispersa. La fase dispersante se entiende como el disolvente y la fase dispersa como el soluto que se disuelve. Los coloides no se distinguen de una disolución ni con la ayuda de un microscopio simple, para ello se necesita de un microscopio electrónico o mediante el efecto Tyndall.
Mezclas heterogéneas
Las partículas que componen las mezclas heterogéneas tienen un diámetro superior a 1 μm. Se clasifican en:
- Mezclas groseras: El tamaño de sus partículas es verdaderamente grande, diámetros superiores a 50 μm. Por ejemplo: Las ensaladas, el concreto (grava, gravilla y arena), entre otras.
- Suspensiones: Sus partículas quedan suspendidas en un líquido durante algún tiempo, tienen un diámetro inferior al de las mezclas groseras y luego de un lapso en reposo, las partículas precipitan. Por ejemplo, cuando se deja en reposo un jugo de maracuyá, al cabo de un rato se observa cómo se depositan en el fondo las partículas de la fruta.
Las mezclas, homogéneas o heterogéneas, pueden crearse y separarse en sus constituyentes individuales utilizando métodos físicos que no comprometen la identidad de sus componentes, para ello se crearon los métodos de separación de mezclas.
¿Por qué separar una mezcla?
La separación es una herramienta importante para purificar los componentes de interés de una mezcla en específico.
Se requiere para:
- Identificar los componentes de una mezcla.
- Obtener sustancias puras de gran importancia.
- Eliminar las partículas no deseadas en una muestra.
¿Qué son los métodos de separación?
Los procesos de separación o un método de separación o simplemente una separación es una serie de pasos controlados que mediante cualquier fenómeno de transferencia de masa convierte una mezcla definida en dos o más sustancias diferentes.
Métodos de separación de mezclas
A través del tiempo y de la evolución de la química, se han creado distintos métodos de separación de mezclas por la necesidad de aislar sustancias puras.
Separación de mezclas homogéneas
Destilación
Es un método mucho más complejo. Amerita la aplicación de procesos físicos como la evaporación y la condensación.
Explicación general: La técnica consiste en someter a altas temperaturas las sustancias solubles entre sí.
- El líquido que tiene menor punto de ebullición, al evaporarse de forma más rápida, pasa a través de un tubo de destilación.
- En el tubo de destilación, el vapor de la sustancia se somete a bajas temperaturas para que se condense y vuelva al estado líquido en otro recipiente.
- De esta manera se realiza la separación de dos líquidos presentes en una mezcla homogénea.
Existen diferentes tipos de destilación, entre ellas están:
- Destilación fraccionada.
- Destilación al vacío.
- Destilación simple.
- Destilación azeotrópica (sustancia que se comporta como líquido puro), entre otras.
Se utiliza para separar mezclas líquidas que hierven sin descomponerse y tienen bastante diferencia en sus puntos de ebullición.
Aplicaciones: Separación de agua y acetona. Destilación de alcoholes.
La destilación fraccionada se utiliza para separar una mezcla de dos o más líquidos miscibles para los cuales la diferencia en los puntos de ebullición es menor a 80 °C.
El equipo de destilación fraccionado es similar al que se utiliza para la destilación simple, la única diferencia es una columna de fraccionamiento entre el matraz de destilación y el condensador que separa los líquidos de forma más eficiente.
Aplicaciones: Aislamiento de derivados del petróleo, separación de una mezcla con alcoholes diferentes, como etanol y metanol.
Otras aplicaciones de la destilación:
- Separar mezclas de aceites esenciales o volátiles (sustancias aromáticas).
- Separación de fármacos de origen animal o vegetal, por ejemplo, aislar la vitamina A del aceite del aceite de pescado.
- Purificación de disolventes orgánicos.
- Fabricación de preparados oficinales: alcohol de éter nitroso, alcohol de amoníaco, agua destilada y agua para inyectables.
Evaporación
La evaporación es un tipo de vaporización que ocurre en la superficie del líquido a medida que cambia a fase gaseosa.
Esta técnica de separación se puede utilizar para separar solutos que se disuelven en disolventes, hirviendo la solución. El solvente se vaporiza dejando en el fondo el soluto.
Factores que afectan la evaporación de las sustancias:
- Concentración de la sustancia que se evapora en el aire.
- Caudal de aire, presión, temperatura.
- Área de superficie.
- Fuerzas intermoleculares presentes en el compuesto.
Equipos de evaporación:
- Evaporadores de circulación natural: Ejemplo, sartenes.
- Evaporadores de circulación forzada: Se utilizan cuando la mezcla contiene sustancias viscosas, cristalizadas o diferentes elementos que no pueden ser separados mediante evaporadores naturales.
- Evaporadores de película: Ascendente, ascendente – descendente y horizontal.
Aplicaciones de la evaporación:
- Recuperar sal de las disoluciones.
- El uso de la evaporación para secar o concentrar muestras es un paso preparatorio común para muchos análisis de laboratorio, como la espectroscopia y la cromatografía.
- Desmineralización del agua.
Cristalización
La cristalización es el proceso (natural o artificial) por el cual se forma un sólido, a partir de un líquido o un gas, en donde los átomos o moléculas están altamente organizados en una estructura conocida como cristal.
Se utiliza para separar un sólido (soluto) disuelto sensible al calor de una solución.
La mayoría de las moléculas orgánicas y minerales se cristalizan con facilidad y los cristales resultantes no poseen defectos visibles.
Proceso de cristalización:
Primero, se elige un disolvente adecuado para el sólido que se desea obtener, la solución se calienta para evaporar eliminar impurezas y hacer una solución caliente, casi saturada.
Después, la solución caliente se guarda para que se enfríe, naturalmente. La solubilidad del soluto disminuye a medida que se enfría la solución o se agregan antidisolventes, y el exceso de soluto que ya no se puede disolver en la solución saturada cristaliza.
Los cristales que se forman se pueden separar de la solución restante por filtración.
Aplicaciones:
- Purificación de drogas.
- Separación de cristales de alumbre de las muestras.
- Cristalización fraccionada: es posible separar mezclas de diferentes compuestos iónicos que tienen una composición química idéntica disolviéndolos en agua y ajustando la temperatura de la solución para que un compuesto cristalice y el otro no.
Cromatografía
La mezcla se disuelve en un fluido llamado fase móvil, que la transporta a través de una estructura que contiene otro material llamado fase estacionaria.
Puede ser de diferentes tipos:
- Cromatografía líquida: Se utiliza para analizar la contaminación del agua.
- Cromatografía de gases: Se utiliza para analizar gases volátiles. El helio es usado para mover la mezcla gaseosa a través de una columna de material absorbente.
- Cromatografía de capa fina: Utiliza un material absorbente en placas de vidrio planas. Este es un método simple y rápido que comprueba la pureza de compuestos orgánicos.
- Cromatografía en papel: Es el tipo más común de cromatografía. El papel es la fase estacionaria. Utiliza la acción capilar para separar los componentes de la mezcla.
Técnicas de extracción
Asimismo, luego se puede usar un disolvente diferente para extraer otro de los componentes que se desee.
Involucra la separación de porciones medicinalmente activas de tejidos vegetales o animales de los componentes inactivos o inertes mediante el uso de solventes selectivos en procedimientos de extracción estándar.
Se utiliza para obtener café o extraer los pigmentos de las plantas.
Entre las técnicas de extracción se encuentran:
- Extracción con fluidos supercríticos.
- Extracción asistida por ultrasonido.
- Extracción por campos eléctricos pulsantes.
- Extracción asistida por microondas.
- Extracción asistida por enzimas.
- Hidrodestilación, otros.
Separación de mezclas heterogéneas
Filtración
Se utiliza un medio físico, como el papel de filtro, permeable al paso del agua o disolución. Pero, con poros tan pequeños que retienen en su superficie las partículas sólidas.
En el laboratorio de química el papel de filtro es de gran importancia. Gracias a él se purifican muchas sustancias que luego son estudiadas a detalle.
El material que se queda en el papel se denomina residuo, por lo general no es importante para el análisis, y el líquido que se purifica se denomina filtrado.
Puede ser:
- Filtración por gravedad: Se usa al dejar caer el líquido sobre un papel de filtro o material poroso que retiene las partículas.
- Filtración al vacío: Usa la presión del agua o de una bomba de vacío para succionar el líquido.
La filtración es un método de separación muy sencillo que se aplica para:
- Filtrar jugos y café (a diario).
- Purificación de sustancias.
- Los filtros HEPA en los aires acondicionados filtran las partículas contaminantes del aire.
Decantación
La separación de líquidos inmiscibles:
- Aprovecha la diferencia de densidades entre los líquidos.
- Se utiliza un embudo de decantación, el cual posee una llave giratoria, y con acción de la gravedad la sustancia depositada en el fondo se libera mientras que la menos densa queda atrapada en el embudo.
La decantación se utiliza en el laboratorio de química orgánica para probar la solubilidad de los ácidos y sus sales, separando las impurezas que no sean ácidas a través la liberación de fases acuosas y volátiles.
El vinagre es sometido a procesos de decantación durante su elaboración para separarlos de los aceites vegetales densos.
Tamización
Es un método de separación que se suele confundir con la filtración, pero son completamente diferentes. En el tamizaje, se emplea una malla o rejilla que tiene medidas específicas para el tipo de sólido que se desea separar.
Imantación o separación magnética
La imantación aprovecha la propiedad física del magnetismo, por lo tanto solo es útil para ciertas sustancias como:
- Ferromagnéticas: Materiales fuertemente afectados por campos magnéticos.
- Paramagnéticas: Materiales parcialmente afectados por campos magnéticos.
Aplicaciones
- Gestión de residuos, separación de bajo campo magnético en la depuración de aguas y separación de mezclas complejas.
- Para eliminar los contaminantes metálicos de las corrientes de productos farmacéuticos.
- Separación de celdas magnéticas: Actualmente se está utilizando en terapias clínicas, más concretamente en investigaciones sobre cáncer y enfermedades hereditarias.
- Estas técnicas se combinan con PCR (reacción en cadena de la polimerasa), para aumentar la sensibilidad y especificidad de los resultados.
Centrifugación
El eje de rotación de la centrífuga, deposita los elementos densos en el fondo del tubo de ensayo mientras que el de menor densidad se mantiene en la superficie.
Es indispensable en el laboratorio clínico, ya que permite el análisis de muestras sanguíneas separando los elementos formes de la sangre del suero.
Otros métodos de separación
Los siguientes procedimientos de separación son menos conocidos, pero tienen una gran importancia en el diagnóstico de enfermedades, tratamiento de patologías y en la industria farmacéutica:
Diálisis
Se basa en la diferencia del tamaño de las partículas coloidales. Se usan membranas semipermeables que permiten el paso de partículas pequeñas, pero retienen las partículas coloidales. Esta técnica es muy usada para purificar la sangre de personas con problemas renales.
Ultracentrifugación.
Separa sustancias de diferente densidad de un coloide, que no se pueden separar por simple centrifugación.
El número de revoluciones por minuto en una ultracentrífuga es superior al de una centrífuga común de bajas revoluciones por minuto. Las sustancias más densas se ubican en el fondo del envase y las menos densas en capas superiores.
Electroforesis
Se basa en la diferencia de cargas eléctricas de las sustancias que forman una disolución o coloide.
Al aplicarles un campo eléctrico, las partículas cargadas positivamente se mueven hacia el polo negativo y las negativas hacia el polo positivo.
Lixiviación
Si es soluble en agua, ésta se usa como agente de lixiviación.
Particularmente el oro se extrae usando un proceso llamado “cianuración”, usando una disolución de cianuro de sodio; esta sustancia es muy peligrosa, ya que produce envenenamiento, por lo que se debe trabajar con estrictas normas de seguridad.
