La diversidad de las sustancias y los métodos de separación

LA DIVERSIDAD DE LAS SUSTANCIAS

En el ámbito de las ciencias químicas, sustancia o substancia es toda porción de materia que comparte determinadas propiedades intensivas.

Se emplea también el término para referirse a la clase de materia de la que están formados los cuerpos.

La mayoría de las sustancias de la naturaleza no son sustancias puras sino mezclas o combinaciones de sustancias. Existen mezclas sólidas, líquidas y gaseosas; por ejemplo: el agua que es resultante de la asociación de dos partes de hidrógeno y una de oxígeno; el aire es la unión de varios gases, etcétera.

    La forma en que se combinan las sustancias en una mezcla es variable y sus componentes pueden separarse mediante procedimientos físicos o mecánicos. Las mezclas se clasifican en:

Mezclas homogéneas: Constan de una sola fase (la cual es una porción de materia con composición y propiedades uniformes), llamada disolución o solución. Son sustancias que tienen propiedades y composición constante en todas sus partes.

     En este tipo de mezclas no se pueden distinguir sus componentes. Algunos ejemplos son: el agua de mar, el aire, una solución de sulfato de cobre en agua, el bronce—aleación metálica de cobre (Cu), zinc (Zn) y estaño (Sn)—; el latón —combinación de cobre y zinc—, una solución de agua azucarada, etcétera.

Mezclas heterogéneas:

Es el sistema (unión física de sustancias) donde se encuentran dos o más componentes que se distinguen a simple vista o al microscopio; por ejemplo: el granito, en el que se aprecian claramente sus componentes (cuarzo, feldespato y mica), las tolvaneras (polvo y aire), agua con arcilla, agua con aceite, etc. La leche, que a simple vista parece homogénea, al microscopio se ve heterogénea

LOS MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE LAS SUSTANCIAS

Existen distintos métodos para separar una mezcla en sus diferentes componentes.

De forma natural es muy difícil que las sustancias puras que constituyen una mezcla se separen. Para los químicos es fundamental obtener estas sustancias para identificar sus estructuras y sus propiedades físicas y químicas.

Existen distintos métodos para separar una mezcla en sus diferentes componentes. Dichos métodos son físicos ya que no alteran las propiedades de los componentes.

Al realizar cualquier separación de mezclas primero debemos saber sobre su estado físico, características y propiedades, para usar la técnica más adecuada.

Los métodos de separación de mezclas son:

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.

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.

Destilación

          Este método consiste en separar dos o más líquidos miscibles con diferentes puntos de ebullición, primero por medio de la evaporación posteriormente por la condensación de las sustancias. A través de esta operación se separan principalmente mezclas homogéneas de líquidos. Por ejemplo, la separación del agua que hierve a los 100 y de alcohol de vino de mesa que hierve a 78. Para llevar a cabo esta operación se utiliza un equipo de destilación. En él se coloca la mezcla y se procede a calentarla. La sustancia con el menor punto de ebullición es la primera que se evapora y pasa por el refrigerante. Es ahí donde se condensa y se recibe en estado líquido en un recipiente. Así sucesivamente, hasta que se destilan todas las sustancias puras que componen a la mezcla. Este método se utiliza para separar a las diferentes fracciones del petróleo. Por este procedimiento también puede separarse una mezcla de un sólido en un líquido, con la ventaja de que se pueden recuperar tanto el líquido como el sólido, a diferencia de la evaporación

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. Lo puedes hacer en tu casa. Coloca un poco de agua en la superficie de un plato y en el gis o papel filtro marca un punto con tu pluma o plumón y deja que entre en contacto con el agua del plato. Ingéniatelas para que el gis o la tira de papel se queden parados sobre la superficie del plato y espera unos minutos para que “corra” la muestra. Lo que vas a observar es la separación del color de la tinta en los colores que la componen. Por eso se recomienda que no uses colores primarios y que el plumón sea soluble al agua.

Sedimentación

          Es una operación basada en la diferencia de densidades de los componentes de la mezcla, que permite separar mezclas heterogéneas de un sólido en un líquido mediante reposo o precipitación. Es el paso previo a la decantación. Se usa, por ejemplo, para separar arena de agua. Se deja reposar y las partículas más grades de arena se van al fondo del recipiente (precipitan), es a lo que se le llama sedimento.

Decantación

          Se utiliza para separar dos líquidos con diferentes densidades o una mezcla constituida por un sólido insoluble en un líquido. Se trata de un método basado en la diferencia por densidades. Si tenemos una mezcla de sólido y un líquido que no disuelve dicho sólido, se deja reposar la mezcla y el sólido se va al fondo del recipiente. Si se trata de dos líquidos se coloca la mezcla en un embudo de decantación, se deja reposar y el líquido más denso queda en la parte inferior del embudo. En nuestra casa tenemos muchos ejemplos de mezclas que separamos normalmente por este método, como el agua de tamarindo (la pulpa se va al fondo del recipiente después de un tiempo de reposo y al momento de servirla estamos decantando). También cuando queremos un caldo de pollo sin grasa, lo dejamos enfriar y por diferencia de densidades la grasa queda en la superficie y con una cuchara lo retiramos.

Filtración

          Se trata de una operación que permite separar mezclas heterogéneas de un sólido insoluble en un líquido. Se hace pasar la mezcla a través de un papel filtro, el sólido se quedará en la superficie del papel y el otro componente pasará. Es posible separar sólidos de partículas sumamente pequeñas. Utilizando papeles con el tamaño de los poros adecuados. Es uno de los métodos más simples de separación física, además de ser sencillo y barato. Seguramente lo has usado, al colar en la cocina algún elemento.

Centrifugación

          Se trata de una operación que consiste en la separación de materiales de diferentes densidades que componen una mezcla. Para eso se coloca la mezcla dentro de un aparato llamado centrífuga que tiene un movimiento de rotación constante y rápido, lo cual hace que las partículas de mayor densidad vayan al fondo y las más livianas queden en la parte superior. Observamos un ejemplo en las lavadoras automáticas o semiautomáticas. En el ciclo de secado el tambor de la lavadora gira a cierta velocidad, de manera que las partículas de agua adheridas a la ropa durante su lavado salen expedidas por los orificios del tambor. Este método se usa con frecuencia en Biología y Medicina para separar la grasa de la leche o el suero de los glóbulos rojos y plaquetas de la sangre.

Imantación

          Consiste en separar con un imán los componentes de una mezcla de un material magnético y otro que no lo es. La separación se hace pasando el imán a través de la mezcla para que el material magnético se adhiera a él. Por ejemplo, separar las limaduras de hierro (magnético) que se hallen mezcladas con azufre en polvo (no magnético), para lo cual basta con mantener con un imán el componente magnético.