Mezclas, sustancias puras y métodos de separación

Una sustancia pura es aquella cuya composición es fija y no varía, independientemente de su estado físico. Presentan propiedades características constantes (como el punto de fusión, la densidad o la ebullición) que permiten identificarlas. Por ejemplo, el agua pura siempre hierve a 100 ºC a nivel del mar.

Por el contrario, una mezcla resulta de la combinación de dos o más sustancias puras en proporciones variables, donde cada componente mantiene sus propiedades químicas. Las mezclas no tienen propiedades constantes, ya que estas dependen de la cantidad de cada componente.

Dentro de las sustancias puras, distinguimos dos tipos:

1. Elementos (sustancias simples): No pueden descomponerse en otras más sencillas por métodos químicos. Están formados por átomos del mismo tipo. Se representan mediante símbolos químicos (ej. Oxígeno: $O_2$, Hierro: $Fe$).
2. Compuestos: Sustancias formadas por la unión de dos o más elementos en una proporción fija. Pueden descomponerse mediante procesos químicos (como la electrólisis). Se representan con fórmulas químicas (ej. Agua: $H_2O$, Sal común: $NaCl$).

Dependiendo de si podemos distinguir sus componentes a simple vista o con un microscopio óptico, las mezclas se dividen en:

• Mezclas heterogéneas: Sus componentes se distinguen a simple vista. Su aspecto no es uniforme y las propiedades varían de un punto a otro (ej. ensalada, granito).
• Mezclas homogéneas: También llamadas disoluciones. Sus componentes no se pueden distinguir ni siquiera con microscopios potentes. Tienen un aspecto uniforme en toda su masa (ej. aire, agua con azúcar).

En estos sistemas, los componentes mantienen sus fases individuales. Podemos encontrar:

• Agregados: Mezclas de sólidos grandes (ej. arena y piedras).
• Suspensiones: Mezclas donde un sólido pequeño está disperso en un líquido o gas, pero con el tiempo tiende a depositarse en el fondo (ej. zumo con pulpa). La composición es variable en diferentes puntos de la mezcla, lo que facilita su separación mediante métodos físicos sencillos.

Para separar los componentes de una mezcla heterogénea, aprovechamos las diferencias en sus propiedades físicas:

• Filtración: Se usa para separar un sólido de un líquido mediante un filtro (papel, arena, tela). El líquido pasa y el sólido queda retenido.
• Decantación: Se utiliza para separar líquidos de distinta densidad que no se mezclan (inmiscibles), como el agua y el aceite, usando un embudo de decantación. También sirve para separar un sólido sedimentado de un líquido.
• Separación magnética: Si uno de los componentes tiene propiedades ferromagnéticas (como el hierro), se utiliza un imán para extraerlo del resto de la mezcla.

• Tamizado: Separación de sólidos de distinto tamaño mediante un tamiz o criba (ej. separar arena de grava).
• Centrifugación: Acelera la sedimentación de una suspensión mediante una rotación rápida. Es muy común en laboratorios clínicos para separar los componentes de la sangre.
• Sedimentación: Dejar reposar la mezcla para que la gravedad actúe sobre las partículas más densas, depositándolas en el fondo.

• Soluto: Es la sustancia que se disuelve. Generalmente se encuentra en menor cantidad.
• Disolvente: Es la sustancia que disuelve al soluto. Suele estar en mayor cantidad. En química, las disoluciones acuosas (donde el disolvente es el agua) son las más importantes, ya que el agua es el "disolvente universal".

Aunque solemos pensar en líquidos, existen disoluciones en todos los estados:

1. Sólidas: Llamadas aleaciones. Ejemplos: el bronce (cobre y estaño) o el acero (hierro y carbono).
2. Líquidas: Sal en agua, alcohol en agua.
3. Gaseosas: El aire es una mezcla de nitrógeno, oxígeno y otros gases.

La concentración indica la cantidad de soluto que hay en una cantidad determinada de disolución o disolvente. Las fórmulas principales son:

• Concentración en masa ($g/L$): $C = \frac{\text{masa de soluto (g)}}{\text{volumen de disolución (L)}}$
• Porcentaje en masa ($\%$): $\% \text{masa} = \frac{\text{masa de soluto}}{\text{masa de disolución}} \times 100$
• Porcentaje en volumen ($\%$): $\% \text{volumen} = \frac{\text{volumen de soluto}}{\text{volumen de disolución}} \times 100$

La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una cantidad dada de disolvente a una temperatura determinada.

• Disolución saturada: Contiene la máxima cantidad de soluto permitida. Si añadimos más, no se disolverá y se irá al fondo.
• Efecto de la temperatura: Generalmente, la solubilidad de los sólidos aumenta al aumentar la temperatura, mientras que la de los gases disminuye.

• Evaporación: Se calienta la mezcla hasta que el disolvente se evapora, quedando el soluto sólido en el recipiente.
• Cristalización: Se deja evaporar el disolvente lentamente o se enfría una disolución saturada para que el soluto forme cristales puros. Este es el método usado en las salinas para obtener sal marina.

Es la técnica para separar líquidos solubles entre sí que tienen diferentes puntos de ebullición (ej. agua y alcohol).

1. Se calienta la mezcla en un matraz.
2. El componente más volátil (menor punto de ebullición) se evapora primero.
3. El vapor pasa por un refrigerante donde se enfría y vuelve a estado líquido (condensación), recogiéndose en otro recipiente.

Técnica basada en la diferente velocidad con la que los componentes de una mezcla se desplazan a través de un soporte (fase estacionaria) arrastrados por un disolvente (fase móvil).

• Ejemplo: La cromatografía en papel se usa para separar los pigmentos de una tinta. Cada color "viaja" a una velocidad distinta, creando bandas de colores.

Sus partículas son más grandes que las de una disolución pero más pequeñas que las de una suspensión. Una característica clave es el Efecto Tyndall: si haces pasar un rayo de luz a través de un coloide, la trayectoria de la luz se vuelve visible porque las partículas la dispersan.

La sangre es un coloide complejo donde las células están suspendidas en el plasma. En la industria, la estabilidad coloidal es vital para que productos como pinturas o cosméticos no se estropeen.

Para que el agua sea apta para el consumo, pasa por una ETAP (Estación de Tratamiento de Agua Potable) donde se aplican métodos de separación vistos:

1. Pre-tratamiento: Rejas para separar sólidos grandes.
2. Floculación y decantación: Se añaden sustancias para que las impurezas pequeñas se agrupen y caigan al fondo.
3. Filtración: A través de lechos de arena.
4. Desinfección: Uso de cloro o ozono para eliminar microorganismos.

La separación en origen (el reciclaje doméstico) es el primer paso de la sostenibilidad. En las plantas de tratamiento, se utilizan separadores magnéticos para metales, cribas para plásticos y flotación para separar materiales por densidad, permitiendo recuperar materias primas.

Al trabajar con sustancias químicas, es obligatorio:

• Conocer los pictogramas de peligro (inflamable, tóxico, corrosivo).
• Utilizar material de vidrio adecuado (vasos de precipitados, probetas, matraces).
• Nunca verter residuos químicos por el desagüe; se deben depositar en contenedores específicos para evitar la contaminación ambiental.