Métodos de separación de mezclas

Una sustancia pura es aquella cuya composición es fija y no varía, independientemente de su origen. Tienen propiedades características constantes (como la densidad o el punto de fusión). Por ejemplo, el agua destilada ($H_2O$) siempre tendrá las mismas propiedades.

Por el contrario, una mezcla es una combinación de dos o más sustancias puras en la que cada una mantiene su identidad química.

• Composición variable: Podemos mezclar más o menos sal en el agua, y seguirá siendo una mezcla de agua y sal.
• Propiedades variables: Las propiedades de la mezcla dependen de la proporción de sus componentes.

La clasificación principal de las mezclas se basa en si podemos distinguir sus componentes a simple vista o con un microscopio óptico:

1. Mezclas heterogéneas: Sus componentes se distinguen fácilmente. Tienen una composición no uniforme y presentan varias fases (zonas con propiedades distintas). Ejemplo: una ensalada o granito.
2. Mezclas homogéneas (Disoluciones): Tienen una apariencia uniforme. No se pueden distinguir sus componentes ni siquiera con microscopios potentes. Ejemplo: el aire o el agua del mar.
3. Coloides: Son un caso especial. Parecen homogéneos a simple vista, pero son heterogéneos a nivel microscópico (como la leche o la niebla).

Separar una mezcla consiste en aislar sus componentes sin alterar su naturaleza química. Para elegir el método adecuado, debemos observar las propiedades físicas diferenciales de las sustancias que la forman:

• Estado de agregación: ¿Son sólidos, líquidos o gases?
• Tamaño de partícula: ¿Son granos grandes o polvo fino?
• Densidad: ¿Qué componente pesa más por unidad de volumen?
• Temperatura de ebullición: ¿Cuál se evapora antes?
• Propiedades magnéticas: ¿Se siente atraído por un imán?

La filtración se utiliza para separar un sólido insoluble de un líquido (como arena y agua). Se hace pasar la mezcla a través de un material poroso (papel de filtro, tela, arena).

• Residuo: Es el sólido que queda retenido en el filtro debido a que sus partículas son más grandes que los poros.
• Filtrado: Es el líquido que logra atravesar el filtro.

Se basa en la diferencia de densidad. Si dejamos reposar una mezcla de agua y arena, el sólido (más denso) acabará depositándose en el fondo del recipiente por la acción de la gravedad. Este proceso se llama sedimentación. Una vez depositado, se vierte el líquido con cuidado en otro recipiente.

Estos métodos se aplican principalmente a mezclas de sólidos:

1. Separación magnética: Se usa cuando uno de los componentes tiene propiedades ferromagnéticas (hierro, níquel, cobalto). Al pasar un imán, el metal se queda pegado a él, separándose del resto. Es fundamental en las plantas de reciclaje de acero.
2. Cribado (Tamizado): Se usa para separar sólidos de distinto tamaño. Se utiliza una criba o tamiz (una malla con agujeros de tamaño determinado). Las partículas pequeñas pasan y las grandes quedan retenidas.

Es el instrumento de vidrio diseñado específicamente para esta tarea. Tiene una forma de pera y una llave de paso en la parte inferior.

1. Se vierte la mezcla y se deja reposar hasta que se forma la interfaz (la línea que separa ambos líquidos).
2. Se abre la llave para dejar salir el líquido más denso (el que está abajo).
3. Se cierra la llave justo cuando la interfaz llega al estrechamiento del embudo.

La disposición de las capas depende exclusivamente de la densidad ($\rho = \frac{m}{V}$). El líquido con mayor densidad siempre se situará en la parte inferior, mientras que el menos denso flotará sobre él. Por ejemplo, en un vertido de petróleo en el mar, el crudo flota porque es menos denso que el agua salada.

A veces, la decantación natural es muy lenta porque las partículas son muy pequeñas. La centrifugación utiliza una máquina que gira a gran velocidad, generando una "fuerza centrífuga" que empuja los componentes más densos hacia el fondo del tubo mucho más rápido que la gravedad. Es la técnica estándar en laboratorios clínicos para separar los glóbulos rojos del plasma sanguíneo.

Se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido (soluto y disolvente).

• Evaporación: Se calienta la mezcla o se deja al aire hasta que el líquido se evapora por completo.
• Cristalización: Si la evaporación se produce lentamente, el sólido forma estructuras geométricas ordenadas llamadas cristales. Es el método usado en las salinas para obtener sal del agua de mar.

Sirve para separar dos líquidos miscibles con diferentes puntos de ebullición o un sólido disuelto si queremos recuperar también el líquido.

1. Se calienta la mezcla en un matraz.
2. El componente que hierve antes se convierte en vapor.
3. El vapor pasa por un refrigerante o aparato de Liebig, donde se enfría y vuelve a estado líquido (condensación).
4. El líquido puro cae en un vaso receptor.

Es una técnica de separación muy delicada basada en la diferente velocidad con la que los componentes de una mezcla se desplazan a través de un soporte.

• Fase móvil: Un disolvente (como alcohol o agua) que asciende por capilaridad.
• Fase estacionaria: El papel de filtro. Los componentes que son más solubles en la fase móvil viajarán más rápido y llegarán más alto, permitiendo separar, por ejemplo, los pigmentos de una tinta negra.

Para que el agua sea apta para el consumo humano, debe pasar por una Estación de Tratamiento de Agua Potable (ETAP) donde se aplican varios métodos en cadena:

1. Filtrado de gruesos: Rejas para quitar ramas y plásticos.
2. Floculación: Se añaden sustancias para que las impurezas pequeñas se agrupen y pesen más.
3. Decantación: El lodo formado cae al fondo.
4. Filtración por arena: Para eliminar las partículas restantes.
5. Desinfección: Uso de cloro o ozono para eliminar microorganismos.

La gestión de residuos se basa en la separación selectiva en origen (nuestros hogares). En las plantas de clasificación, se utilizan:

• Grandes cribas rotativas para separar por tamaño.
• Electroimanes para rescatar envases de acero.
• Corrientes de Foucault para separar el aluminio. Esto reduce drásticamente el impacto ambiental y permite el ahorro de materias primas.

El trabajo en el laboratorio requiere precisión y respeto por las normas:

• Material específico: Debemos conocer el nombre del material (vaso de precipitados, matraz Erlenmeyer, probeta) y su función.
• Seguridad: Uso obligatorio de gafas de seguridad y bata. Nunca se debe oler o probar directamente una sustancia.
• Registro: Es fundamental anotar todas las observaciones y resultados en el cuaderno de laboratorio para poder repetir el experimento si es necesario.