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Centro de Estudios Tecnológicos industriales y de servicios no. 68 (CETIs 68)

Química I

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ANEXO 4 - Métodos de separación de mezclas

Los métodos de separación de fases de mezclas son aquellos procesos físicos por los cuales se

pueden separar los componentes de una mezcla, ya sea homogénea o heterogénea. Por lo general

el método a utilizar se define de acuerdo al tipo de componentes de la mezcla y a sus propiedades

particulares, así como las diferencias más importantes entre las fases.

La separación es la operación en la que una mezcla se somete a algún tratamiento que la divide en

al menos dos sustancias diferentes. En el proceso de separación, las sustancias conservan su

identidad, sin cambio alguno en sus propiedades químicas.

Entre las propiedades físicas de las fases que se aprovechan para su separación, se encuentra el

punto de ebullición, la solubilidad, la densidad y otras más.

Entre los métodos físicos más comunes y sencillos para separar mezclas de diferente índole

(homogéneas y heterogéneas) podemos encontrar a la filtración, decantación, evaporación,

destilación, centrifugación e imantación.

Filtración

Se denomina filtración al proceso de separación de partículas sólidas de una mezcla homogénea o

heterogénea líquida utilizando un material poroso llamado filtro. La técnica consiste en verter la

mezcla sólido-líquido que se quiere tratar sobre un filtro que permita el paso del líquido pero que

retenga las partículas sólidas. El líquido que atraviesa el filtro se denomina filtrado.

El filtro, en el laboratorio suele ser papel poroso, pero puede ser de otros materiales que permitan

el paso de líquidos. En cualquier caso es necesario seleccionar la porosidad del filtro según el

diámetro de las partículas que se quieren separar.

Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos

de la actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son

particularmente importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas químicas.

La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales

porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde

sencillos dispositivos, como los filtros domésticos de café, té, aire, o los embudos de filtración para

separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los

empleados en las industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto

valor, o los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.




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Figura 1.- Ejemplo de filtración Figura 2.- Ejemplo de filtración

Tamizado

Es un método físico para separar mezclas en el cual se separan dos sólidos formados por partículas

de tamaño diferente.

Consiste en hacer pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz o cualquier

cosa con la que se pueda colar. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz o

colador atravesándolo y las grandes quedan atrapadas por el mismo. Un ejemplo podría ser: si se

saca tierra del suelo y se espolvorea sobre el tamiz, las partículas finas de tierra caerán y las piedras

y partículas grandes de tierra quedarán retenidas en el tamiz. De esta manera se puede hacer una

clasificación por tamaños de las partículas.

Es un método muy sencillo utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos. Los orificios

del tamiz suelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al tamaño de las partículas de

una solución homogénea, que por lo general tiene un color amarillo el cual lo diferencia de lo que

contenga la mezcla.

Para aplicar el método de la tamización es necesario que las fases se presenten al estado sólido. Se

utilizan tamices de metal o plástico, que retienen las partículas de mayor tamaño y dejan pasar las

de menor diámetro. Por ejemplo, trozos de mezclados con arena; harina y corcho; sal fina y pedazos

de roca, cantos rodados, etc.




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Decantación

En la decantación se separa un sólido o líquido más denso de otro fluido (líquido o gas) menos denso

y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla que tiene que ser heterogénea. Es necesario

dejar reposar la mezcla para que el sólido se sedimente, es decir, descienda y sea posible suextracción por acción de la gravedad. A este proceso se le llama desintegración básica de los

compuestos o impurezas; las cuales son componentes que se encuentran dentro de una mezcla, en

una cantidad mayoritaria.

La decantación puede ser realizada separando una mezcla heterogénea compuesta de dos líquidos

inmiscibles tales como el agua y el aceite. O también puede ser realizada para separar una mezcla

heterogénea compuesta de líquido y partículas sólidas.

La decantación tiene innumerables usos tanto en el laboratorio de química como en la industria. Por

ejemplo se usa decantación en los procesos de elaboración de aceite y también se usa en la

decantación en proceso de tratamiento de agua residual. El proceso de decantación tiene por

agente ejecutor a la gravedad. De hecho es ella la que produce la decantación pues atrae en

diferente intensidad a cada uno de los elementos de una mezcla heterogénea propiciando su

separación.

Centrifugación

La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente

densidad mediante una fuerza giratoria, ya sean mezclas homogéneas o mezclas heterogéneas. La

fuerza centrífuga es provista por una máquina llamada centrifugadora, la cual imprime a la mezcla




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un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de

las partículas de mayor densidad.

Los componentes más densos de la mezcla se desplazan fuera del eje de rotación de la centrífuga,

mientras que los componentes menos densos de la mezcla se desplazan hacia el eje de rotación. De

esta manera los químicos y biólogos pueden aumentar la fuerza de gravedad efectiva en un tubo deensayo para producir una precipitación del sedimento en la base del tubo de ensayo de manera más

rápida y completa.

Los tubos pueden ser de vidrio o de plástico. Resistentes químicamente (disolventes, reactivos) y

físicamente (tensión a las velocidades elevadas que se emplean). Diversos tamaños y formas.

Plásticos especiales para altas velocidades.

Los diferentes tipos de tubos pueden ser:

La parte que queda arriba de los tubos se llama sobrenadante y la parte que se va para abajo se

llama precipitado. Por ejemplo si centrifugamos agua con arena, el sobrenadante será el agua y la

arena el precipitado.

En los equipos de centrifugación se pueden regular velocidad, tiempo y temperatura, las cuales van

a ser delimitadas por las condiciones de las sustancias que se puedan separar. Por ejemplo hay

ciertas sustancias biológicas o de alimentos que necesitan temperaturas muy bajas o que requieren

velocidades muy elevadas.

¿Qué pasa en los tubos cuando se centrifuga una sustancia?




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Evaporación

La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido

hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial.

A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más

rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de

ebullición. También la evaporación se puede acelerar por una corriente de aire seco que se hace

incidir sobre las soluciones. La evaporación separa generalmente mezclas homogéneas.

El movimiento térmico de una molécula de líquido debe ser suficiente para vencer la tensión

superficial y evaporar, esto es, su energía cinética debe exceder el trabajo de cohesión aplicado por

la tensión superficial a la superficie del líquido. Por eso, la evaporación acontece más rápidamente

a altas temperaturas, a altos caudales entre las fases líquidas y vapor y en líquidos con bajas

tensiones superficiales (esto es, con presión de vapor más elevadas).

En la industria alimentaria es muy utilizado este tipo de procedimiento. Por ejemplo para la

obtención de leche entera y descremada, leche condensada, jugos de manzana, naranja, soya,

tomate, zanahoria, etc., además de concentrados de té, café, levaduras y huevos.

Cromatografía de tinta

La cromatografía es un método químico de separación de sustancias basado en las distintas

velocidades a las que se distribuyen los componentes de una mezcla. La técnica se realiza con dos

fases que no se pueden mezclar, una estacionaria en un medio sólido que la contiene y otra móvil,

un disolvente que fluye. La cromatografía se utiliza para separar o purificar mezclas químicas y para

estudiar o identificar su composición.

La cromatografía en papel es una técnica sencilla que se utiliza para realizar análisis cuantitativos de

sustancias. La fase estacionaria está constituida simplemente por una tira de papel de filtro. La

muestra se deposita en un extremo. Luego el disolvente empleado como fase móvil se hace

ascender por capilaridad. Así podemos separar mezclas de diferentes pigmentos y colorantes. El




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filtro al ser poroso absorbe el disolvente que así subirá por capilaridad a lo largo de la tira. Cuando

el líquido llega al trozo coloreado con tinta, la arrastra con él. Algunos colorantes suben más rápido

que otros, por lo que al separarse podremos distinguirlos a unos de otros.

Cada colorante se comporta de distinta forma según el tipo de filtro y según el disolvente que

utilicemos. Los colorantes subirán por el papel a una velocidad y a una altura que dependerán nosólo de su reacción con el papel, sino también de su solubilidad en el líquido.

Las partes de la tinta que no se disuelven bien dejarán de subir primero, y las partes más solubles

seguirán subiendo. El fenómeno por el cual el líquido coloreado se descompone en sus distintos

colorantes se debe a que cada uno tiene distinta composición y en consecuencia no reacciona de la

misma manera al entrar en contacto con el disolvente.

Destilación

La destilación es la operación de separar, mediante vaporización y condensación en los diferentes

componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados de una mezcla, aprovechando

los diferentes puntos de ebullición de cada una de las sustancias ya que el punto de ebullición es

una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen,

aunque sí en función de la presión.

Para entender más la destilación tenemos que analizar dos fenómenos que son parte esencial de

ella: la vaporización y la condensación. Existen dos tipos de vaporización: la evaporación y la

ebullición, en donde ambas un líquido se convierte a gas, aunque hay diferencias importantes entre

ellas. Por una parte la evaporación es un paso lento de líquido a gas como la “desaparición” de un

charco de agua producto de la lluvia, la formación de nubes en los océanos, cuando un frasco

cargado con acetona se abrirse y se “vuele”, etcétera. Por otro lado la ebullición es un proceso

rápido donde un líquido pasa a gas, por ejemplo, si tenemos cualquier cantidad de agua y la

sometemos a 100°C toda pasa instantáneamente a gas, o si ponemos a 78°C el alcohol etílico de

igual manera se convierte en gas.

La condensación es cuando un gas se enfría y pasa al estado líquido. Podemos citar diversos

ejemplos como el hecho de que una lata “sude”, se empañe un vidrio, la precipitación de las nubes

(lluvia), etc.




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La destilación simple se utiliza para separar mezclas homogéneas de tipo líquido-líquido o líquido-

sólido con puntos de ebullición bajos. Las columnas de destilación se pueden montar de manera

sencilla y muy práctica en laboratorios de química de la siguiente manera:

Imantación

Se fundamenta en la propiedad de algunos materiales de ser atraídos por un imán. El campo

magnético del imán genera una fuente de atracción, que si es suficientemente grande, logra que los

materiales se acercan a él. Para poder usar este método es necesario que uno de los componentes

sea atraído y el resto no.

Este tipo de método de separación no es muy común aplicarlo en la vida cotidiana y es utilizado

para separar mezclas heterogéneas.

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