tipos de mezclas
tipos de mezclas

¿Qué son las mezclas? Tipos y técnicas de separación

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En la naturaleza, se presentan diferentes ejemplos de sustancias, que pueden estar formados por componentes que se encuentren en la misma fase, como alcohol y agua (líquida y líquida), o en fases diferentes, como el agua y la sal (líquida y sólida). Estas sustancias se denominan mezclas y poseen propiedades particulares, que hacen que se dividan en diferentes tipos. Los tipos de mezclas que se encuentran son utilizadas en diferentes áreas de la ingeniería a través de la fabricación de instrumentos metálicos, y de la ciencia, para fines médicos.

Concepto de mezcla

En química, las mezclas son el resultado de la combinación de dos o más sustancias, que conserva cada una sus propiedades químicas. Es decir, los enlaces químicos entre sus componentes se mantienen inalterados.

Teniendo en cuenta el grado de miscibilidad de la sustancia, podemos tener una primera impresión de qué tan combinados estan sus constituyentes. De acuerdo a lo anterior se definen dos principales tipos de mezclas y varios métodos para separarlas.

Tipos de mezclas

tipos de mezclas
Los tipos de mezclas pueden ser distinguidos a simple vista

Mezclas homogéneas

La mezclas homogéneas son las que tienen la misma composición química en todas partes, por lo que presentan un aspecto uniforme y es difícil distinguir entre sus constituyentes.

Tipos de mezclas homogéneas

Dentro de esta categoría se distinguen dos clasificaciones de mezclas homogéneas según sus componentes se encuentren en fase sólida (aleaciones) o líquida (soluciones).

Aleaciones

Son un tipo de mezcla homogénea de dos o más elementos en fase sólida, siendo uno de ellos un metal. Un ejemplo de aleación sería el oro que se comercia en la joyería. Este oro es generalmente una mezcla de oro puro, plata y otros metales, y son formadas a partir de la fundición de estos componentes.

En la industria, las aleaciones son utilizadas para mejorar las propiedades que los materiales presentan por sí solos. Por ejemplo, cuando se mezcla homogéneamente el cobre con otro metal como el estaño, la aleación tiene una mayor resistencia a la corrosión y durabilidad que el cobre y el estaño individualmente.

Soluciones

Las soluciones son mezclas homogéneas que están formadas por un soluto y un solvente. El soluto es el compuesto que esta presente en menor cantidad y puede ser líquido o sólido, mientras que el solvente es el que esta en mayor cantidad, es líquido y es en donde el soluto se descompone completamente en sus iones o moléculas, de forma que ya no puede ser vista como una sustancia individual.

En estudios de farmacología, las soluciones son utilizadas en tratamientos terapéuticos en forma de productos orales, tópicos, oftálmicos y nasales. Pueden ser utilizados en química como excipientes (sustancia inactiva que acompaña el principio activo), conservantes, y buffers: un tipo especial de solución que mantiene su pH estable aún cuando se le agrega una pequeña cantidad de ácido o base.

Técnicas de separación de mezclas homogéneas

Las técnicas de separación de mezclas homogéneas son procesos que modifican las propiedades físicas y químicas de la sustancia, de manera que sus componentes se separen y dejen de tener la cualidad de uniformidad que las caracteriza. Las técnicas más comunes en soluciones son la cristalización, la evaporación, destilación y la cromatografía, en las soluciones, y la fusión térmica en aleaciones.

Cristalización
tecnica de separacion de mezclas: cristalizacion
Separación de componentes de una solución mediante el proceso de cristalización

Es un proceso químico que ocurre en mezclas de soluciones sobresaturadas, en donde las moléculas o iones de una sustancia (sea sólida, gaseosa o líquida) forman enlaces químicos y toma la estructura de un cristal. Lo anterior da como resultado una mezcla heterogénea de dos componentes: la sustancia que mantiene su forma original y el cristal que se desprende de ella.

En las soluciones este proceso puede ser llevado a cabo añadiendo más soluto a la solución, de manera que la solución cambie su concentración y pase al estado sobresaturado. En este estado el cristal se deposita al fondo del recipiente y la separación puede efectuarse realizando una filtración.

Evaporación
tecnica de separacion de mezclas mediante la evaporacion
Ejemplo de un proceso de evaporación o ebullición: cuando se somete una solución salina a la temperatura de ebullición del agua, se separan los componentes

La evaporación es el proceso físico en donde un líquido cambia a la fase gaseosa, cuando se le aplica el calor suficiente para alcanzar su punto de ebullición. La evaporación es un mecanismo excelente para separar soluciones (mezclas homogéneas) que contengan sustancias con diferentes temperaturas de ebullición: la sustancia con el punto de ebullición más bajo se evapora y se obtiene el componente restante en su forma pura.

Destilación
tecnica de separación de destilacion para mezclas homogeneas (soluciones)
Método de destilación ilustrado.

Permite separar los componentes de una solución que contenga varios líquidos. La destilación hace provecho de los diferentes puntos de ebullición de las sustancias para separarlos a través de la evaporación, donde la sustancia con el punto de ebullición más bajo pasa al estado gaseoso y es dirigido hacia un tubo refrigerante que lo enfría, volviendo así a un estado líquido por medio de la condensación. El resultado final es la obtención de los componentes líquidos de la solución separados en diferentes recipientes.

Cromatografía
Separación de una solución a través de la cromatografía: los componentes de la mezcla (fase móvil) se dividen en la fase estacionaria (solvente), viajando a diferentes velocidades que permiten su recolección individual

La cromatografía separa los componentes de una solución haciendo que estas se dividan en una fase móvil y una fase estacionaria, donde la fase móvil es el solvente y puede ser un gas o un líquido y la fase estacionaria es el sistema cromatográfico. Este método consiste en tomar una muestra de la solución y colocarla sobre el sistema de cromatografía, cuando esto ocurre, los componentes de la mezcla viajan a diferentes velocidades, logrando su disolución. Entre las técnicas de cromatografía se encuentran, la cromatografía sobre papel, columna, de gases, y TLC.

Fusión térmica
tecnica de separación de aleaciones
La fusión térmica permite separar los componentes de una aleación cuando esta es calentada hasta llegar a distintos puntos de fusión

La fusión térmica es un proceso físico en el cual una sustancia se derrite por efectos de temperatura, pasando de un estado sólido a un estado líquido. Este proceso puede ser aprovechado para separar aleaciones siguiendo un principio que se asemeja al método de destilación, donde en este caso, se hace hace uso de las temperaturas de fusión de los componentes.

Mezclas heterogéneas

Las mezclas heterogéneas son aquellas que no tienen propiedades ni composición química uniforme. Sus constituyentes pueden tener fases distintas, lo que permite distinguirlas a simple vista.

Tipos de mezclas heterogéneas

Entre este tipo de mezcla, se encuentran otras clasificaciones internas que varían según las dimensiones espaciales de los componentes. Entre los tipos de mezclas heterogéneas se encuentran: los coloides, suspensiones y emulsiones.

Coloides

Los coloides, también conocidos como suspensiones coloidales, son mezclas en las que el soluto no se disuelve completamente. A simple vista, tiene la apariencia de una mezcla homogénea, pero al hacer un estudio más de cerca, se observan sólidos muy finos que no han podido ser disueltos.

Este tipo de mezcla tiene un amplio uso en la medicina. Con los componentes adecuados, los coloides pueden ayudar en el reemplazo de fluidos por vía intravenosa en pacientes que requieren transfusiones de sangre. Del mismo modo, se cuentan con fármacos coloidales que mantienen la presión arterial estable.

Suspensiones

Son un tipo de mezcla heterogénea entre dos componentes de diferentes fases, como un sólido no disolvente y un líquido. Un ejemplo común de este tipo de mezcla es la arena y el agua. Una mezcla de estos componente es fácilmente distinguible. ya que la arena, por ser pesada, se deposita en el fondo del recipiente. Otro ejemplo ilustrativo de suspensión es la atmósfera, en la que partículas contaminantes como el polvo, o incluso gotas de agua se encuentran mezclados en el gas.

Las suspensiones, al igual que los coloides y las soluciones, tienen un mayor uso en el área médica. Una gran cantidad de medicamentos toman esta forma farmacéutica que facilita la administración y la fácil absorción en el organismo.

Emulsiones

Son mezclas heterogéneas de dos o más líquidos, en donde generalmente los líquidos involucrados no son mutuamente inmiscibles por lo que alguno de estos se encuentran en forma de pequeñas gotas dentro de otro componente. El mejor ejemplo de emulsión sería la mezcla de agua con aceite, en donde las agitaciones hacen que pequeñas gotas de aceite se encuentren esparcidas en el agua.

Dentro de este tipo de mezcla, también se encuentras otras clasificaciones internas llamadas emulsiones acrílicas, estiren-acrílica, vinílicas y vinil-acrílicas. Las propiedades particulares que presentan cada una de ellas se aprovechan en la industria de impermeabilizantes, recubrimientos, pinturas y barnices.

Técnicas de separación de mezclas heterogéneas

Las técnicas de separación de mezclas heterogéneas son un conjunto de procesos físicos que permiten separar cada componente manteniendo sus propiedades individuales. Las técnicas más comunes son: la filtración, la decantación, centrifugación, tamización, sublimación, separación magnética y electroforesis.

Filtración
tecnica para separar mezclas heterogeneas, filtracion
En la técnica de filtración se separa los componentes de la mezcla heterogénea a través de un papel de filtro

Esta técnica permite separar los tipos de mezclas compuestas de un sólido insoluble y un líquido. El proceso involucra el uso de un papel de filtro y un embudo. El líquido drena a través de papel de filtro hacia un recipiente y se denomina filtrado, mientras que el sólido queda en el papel y se le llama residuo.

Decantación
embudo de decantacion
Embudo de decantación. El líquido con mayor densidad se deposita en el fondo y se separa al abrir la llave del embudo

La decantación permite separar sustancias líquidas no miscibles, haciendo uso de las densidades de cada una. El componente que tenga una densidad mayor, será más pesada y se asentará en el fondo del recipiente que la contenga.

Con este principio, la mezcla se sirve en un embudo de decantación y se deja reposar, al tiempo, se evidencia la separación y se abre de a poco la llave del embudo, de modo que la sustancia más densa caiga en otro recipiente y se obtenga finalmente las dos sustancias separadas.

Centrifugación
centrifugación de la sangre. técnica de separación de mezclas
Centrifugación de la sangre: cuando los componentes de la sangre giran rápidamente, los más pesados se depositan en el fondo del contenedor

Es un proceso físico que permite separar mezclas heterogéneas de líquidos o partículas no miscibles. El principio de la técnica de centrifugación consiste en hacer que las sustancias más densas (pesadas) se ubiquen en el fondo de una centrifugadora mientras que las más livianas permanecen en la parte superior cuando a la mezcla se la hace girar rápidamente. Este método es usado en suspensiones coloidales, en los que la técnica de separación por filtración no suele ser suficiente.

Tamización
tecnica de separacion de mezcla
La tamización consiste en separar mezclas heterogéneas cuyos componentes tienen diferentes tamaños

La tamización es un método para separar mezclas heterogéneas cuyos componentes son partículas de diferentes tamaños. La mezcla se hace pasar por un tamiz que permite el paso de las partículas más pequeñas, dejando sobre el tamiz las partículas de mayor dimensión.

Sublimación
sublimacion, tecnica de separacion de mezclas
En un sublimador los componentes de las mezclas heterogéneas se separan mediante un cambio de fase

La sublimación es un proceso físico que se lleva a cabo en un sublimador y consiste en hacer que una sustancia sólida pase directamente a la fase gaseosa cuando se le aplica calor. Este proceso se utiliza para separar mezclas sólidas con impurezas, donde el sólido de interés cambia de fase y es llamado sublimado, mientras que las impurezas no.

Separación Magnética
separacion magnetica, tecnica de separacion de mezclas
Ilustración de la técnica de separación magnética. Las partículas de hierro son atraídas por el campo magnético que produce el imán

Esta técnica es usada para separar mezclas heterogéneas de sólidos, en donde alguno de sus componentes tiene propiedades magnéticas. Para lograrlo, la mezcla se extiende sobre una superficie plana y se coloca un imán sobre ella, atrayendo así a las partículas magnéticas.

Electroforesis
electroforesis, tecnicas de separacion de mezclas
El campo eléctrico induce una fuerza sobre las partículas cargadas que separan los componentes del resto de la mezca

La electroforesis es una técnica de separación de mezclas que se utiliza en sistemas moleculares y consiste en aplicar un campo eléctrico que hace que las moléculas cargadas eléctricamente experimenten una fuerza que es directamente proporcional a su masa, por lo que las partículas más masivas se mueven través del medio, separándose del resto de los componentes.