Guía 4 de Química: separación de fases

Aquí tengo el gusto de hacerles llegar una nueva Guía con un tema un poco traicionero. Y es así por contener material referido a algunas artes físicas utilizadas por los químicos para sus tareas de laboratorio.

Se trata de la separación física de elementos y compuestos químicos de las mezclas homogéneas o heterogéneas en las que se encuentran.

Es algo muy simple de comprender cuando se las utiliza diariamente en el trabajo pero que, cuando nunca se ha transitado por el “lab” resulta difícil de imaginar en un primer contacto.

Afortunadamente, en casa o en algún otro lugar más habitual también muchos de ellos aparecen: un embudo, un filtro, un mechero, y ellos nos ayudan a conocer nuevos amigos como un destilador, una centrífuga y cosas así.

Indispensables para tener a mano de modo de poder realizar las rutinas que hacen posibles análisis, síntesis y todo eso que los químicos viven cumpliendo.

Creo que en muchos programas de estudio de la materia colocan la separación de fases y componentes en primera fila porque, si bien algunos procesos tienen muchos datos científicos, el resto se parece más a labores culinarias que no a todos “entretienen y divierten”, más cuando se parecen a alguna tarea doméstica.

Es que no han pensado que una cocina es un laboratorio de Física, Química y Biología verdadero y de allí surgen, sabrosos productos, mucho más sabrosos que un nitrato de potasio o un tibio ácido cianhídrico.

Los dejo con el guardapolvos puesto, quizá un par de guantes protectores y anteojos para cuidar la vista.

¿Por qué no probar en casa algunos de estos procedimientos?

ÍNDICE

 1 - ¿Qué es un sistema material?
 2 - ¿Cómo pueden ser los sistemas materiales?
 3 - ¿Cómo se clasifican los sistemas materiales por su composición?
 4 ¿Cómo se pueden separar las sustancias de una mezcla?
 5 - ¿A qué se llama “fase”?
 6 - ¿Qué relación hay entre fases y homogeneidad en un sistema?
 7 - ¿Cómo pueden separarse las fases?
 8 – Tamización.
 9 – Levigación.
10 – Decantación.
11 – Filtración.
12 – Evaporación.
13 – Destilación.
14 – Ejemplos de procesos de purificación.
15 – Sublimación.
16 – Magnetización.
17 – Cromatografía.
18 - ¿Cómo separarías…?

¿Cómo tener una copia de esta Guía en tu propia computadora? Escríbeme a danielgalatro@gmail.com o completa y envíame el formulario de contacto que encontrarás en este mismo blog y verás que sencillo es.

Te estaré esperando.

Prof. Daniel Aníbal Galatro

Esquel - Chubut - Argentina

Sistemas materiales: mezclas y soluciones

conceptos fundamentales

SOLUCIONES: Mezclas homogéneas (una sola fase) con composiciones variables. Resultan de la mezcla de dos o más sustancias puras diferentes cuya unión no produce una reacción química sino solamente un cambio físico. Una sustancia (soluto) se disuelve en otra (solvente) formando una sola fase. Los componentes pueden separarse utilizando procedimientos físicos.

MEZCLAS: Mezclas heterogéneas (más de una fase). Resultan de la mezcla de dos o más sustancias puras diferentes cuya unión no produce una reacción química sino solamente un cambio físico.

FASE: Porción de materia con propiedades uniformes. Porción de un sistema separado de los otros por límites físicos.

SOLUTO: Componente de una solución que se encuentra en cantidad menor. Es la fase de menor proporción.

SOLVENTE: Componente de una solución que se encuentra en cantidad mayor. Es la fase de mayor proporción.

SOLUCIÓN ACUOSA: El solvente es el agua. El soluto puede ser un sólido, un líquido o un gas.

TIPOS DE SOLUCIONES:
- Gas en líquido.
- Líquido en líquido.
- Sólido en líquido.
- Gas en gas.
- Líquido en gas.
- Sólido en gas.
- Gas en sólido.
- Líquido en sólido.
- Sólido en sólido.

SOLUBILIDAD: Cantidad máxima de soluto que puede ser disuelta por un determinado solvente. Varía con la presión y con la temperatura. Es un dato cuantitativo.

MISCIBILIDAD: Capacidad de una sustancia para disolverse en otra. Es un dato cualitativo. Separa los pares de sustancias en "miscibles" y "no miscibles".

CURVA DE SOLUBILIDAD: Representación gráfica de la solubilidad de un soluto en determinado solvente (eje y) en función de la temperatura (eje x).

SOLUCIÓN SATURADA: Solución que contiene la máxima cantidad de soluto que el solvente puede disolver a esa presión y esa temperatura. Si se le agrega más soluto no lo disuelve: si es un sólido en un solvente líquido, el exceso precipita; si es un líquido en solvente líquido, el exceso queda separado del solvente por encima o por debajo según su densidad relativa; si es un gas en un solvente líquido, el exceso de soluto escapa en forma de burbujas. En una solución saturada de un sólido en un líquido, el proceso de disolución tiene la misma velocidad que el proceso de precipitación.

SOLUCIÓN NO SATURADA: Solución que contiene una cantidad de soluto menor que la que el solvente puede disolver a esa presión y esa temperatura.

CARACTERÍSTICA GENERAL DE LA SOLUBILIDAD: Como ya fuera descubierto hace varios siglos, "lo similar disuelve a lo similar". Las sustancias iónicas son solubles en solventes iónicos. Las sustancias covalentes son solubles en solventes covalentes.

CASO PARTICULAR. SOLUCIONES DE GASES EN LÍQUIDOS: La solubilidad de un soluto gaseoso en un solvente líquido depende de cuatro factores: a) temperatura; b) presión; c) energía; y d) entropía. Se aplica la llamada "Ley de Henry" que permite conocer la presión parcial del soluto gaseoso en función de su fracción molar y de una constante que depende del gas y de su temperatura.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN: a) tamaño de las partículas del soluto; b) naturaleza física del soluto; c) naturaleza física del solvente; d) temperatura; y e) grado de agitación del soluto y del solvente.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: Existen numerosos métodos, la mayoría adaptados a casos especiales de solutos y solventes determinados, bajo condiciones determinadas.
- Disolución (sólido de sólido - uno soluble y el otro no).
- Maceración (sólido de sólido - trituración + disolución).
- Extracción (sólido de sólido - en frío con Soxhlet o en caliente por decocción).
- Lixiviación (sólido de sólido - disolución con arrastre).
- Tamizado (sólido de sólido - a través de mallas de alambre de distintos diámetros).
- Destilación (líquido de líquido - homogénea - por diferencia en el punto de ebullición entre ambos).
- Decantación (líquido de líquido - heterogénea - por diferencia entre la densidad de ambos).
- Evaporación (sólido de líquido - homogénea - se calienta para evaporar el solvente y queda el soluto).
- Cristalización (sólido de líquido - homogénea - se baja la temperatura para que cristalice el sólido - luego se filtra o decanta).
- Filtración (sólido de líquido - heterogénea - se hace pasar a través de un filtro que retenga el sólido pero no el líquido).
- Centrifugación (sólido de líquido - homogénea - se aumenta la aceleración de la gravedad por aumentar la fuerza centrífuga, facilitando la precipitación del sólido).
- Cromatografía (todos los casos - homogénea - se usa una fase móvil y una fija, la móvil viaja sobre la fija y sus componentes se van separando según su facilidad de migración, la que depende de diversos factores, por ejemplo su peso molecular).

EXPRESIÓN DE LAS CONCENTRACIONES DE LAS SOLUCIONES:

Concentración: cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de solvente, o cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de solución. Siempre indica una proporción entre soluto y solvente.

Porcentaje en masa (m/m): Cantidad de gramos de soluto disuelto en 100 gramos de solución.

Porcentaje en volumen (V/V): Volumen en mililitros de soluto disuelto en 100 mililitros de solución.

Porcentaje masa a volumen (m/V): Cantidad de gramos de soluto disuelto en 100 mililitros de solución.

Partes por millón (ppm): Cantidad de miligramos de soluto disuelto en 1 litro (ó 1 Kg) de solución.

Formalidad (F): Cantidad de "moles fórmula" de soluto disuelto en 1 litro de solución. Un mol fórmula toma en cuenta la molécula de soluto sin disociar.

Molaridad (M): Cantidad de moles de soluto disuelto en 1 litro de solución. Este concepto de mol se aplica a la molécula de soluto disociada en iones.

Molalidad (m): Cantidad de moles de soluto disuelto en 1 Kg de solvente.

Normalidad (N): Cantidad de equivalentes-gramo de soluto disuelto en 1 litro de solución. Equivalente-gramo es la cantidad de sustancia que reaccionaría con 1,008 gramos de hidrógeno, es decir, con un átomo-gramo de este elemento.

Fracción molar (X): Cantidad de moles de soluto o de solvente con respecto al número total de moles de la solución.

Porcentaje molar (X%): Fracción molar multiplicada por 100.