Separación de soluciones de mezclas

¿Qué son las mezclas y las disoluciones?

Las mezclas y soluciones contienen múltiples componentes, a diferencia de las sustancias puras, que contienen un solo componente.

Además, las sustancias de una mezcla mantienen su forma original en lugar de sufrir una reacción química. Observa que las reacciones químicas mezclan para formar nuevas sustancias como productos. Por ejemplo, el agua es una sustancia pura (no una mezcla ni una reacción). Sin embargo, puede combinarse con otras sustancias químicas para formar una mezcla, una solución o una reacción.

El agua puede combinarse con bicarbonato sódico, y éste se evaporará, experimentando una reacción química para formar dióxido de carbono. También se puede combinar agua con limón y azúcar para hacer limonada. Mientras que el agua y el bicarbonato reaccionan para formar una nueva sustancia, la mezcla de agua, limón y azúcar mantiene sus componentes químicos individuales. No reaccionan para crear una nueva sustancia química; simplemente se mezclan para hacer una bebida sabrosa.

Pero, ¿la limonada es una mezcla o una solución? Pues en realidad, ¡es ambas cosas! Profundicemos un poco más para entender por qué.

El significado de mezclas y soluciones

Antes hemos hablado de cómo las mezclas físicas están formadas por dos o más sustancias que mantienen sus propiedades químicas originales después de mezclarse. Esto significa que no se produce ninguna reacción química entre los componentes de una mezcla ni se forman nuevas sustancias. Los componentes no interactúan fuertemente a nivel molecular, simplemente existen juntos como una mezcla.

Hay dos tipos diferentes de mezclas: mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas.

Por ejemplo, la limonada es una mezcla homogénea porque el limón y el azúcar se mezclan con el agua para formar la limonada.

Aunque la limonada está formada por tres sustancias distintas, se mezclan y parecen una sola.

Sin embargo, si añadimos arena al agua, no se disolverá. Seguirán mezclándose, pero el componente de arena se distinguirá notablemente del componente de agua.

Una mezcla homogénea se mezcla completamente para formar una mezcla uniforme, como el aire y el zumo. En cambio, una mezcla heterogénea se mezcla para formar partes claramente distinguibles, como el hielo de un refresco y el aliño de ensalada vinagreta.

Las distintas sustancias se mezclan para constituir una mezcla uniforme que visualmente parece una sola cosa.

Sin embargo, las sustancias no se están uniendo para sufrir una reacción química, sólo se están disolviendo para formar una solución homogénea.

En el ejemplo de la limonada, el azúcar y el zumo de limón son solutos (los componentes de la solución que se disuelven), y el agua es el disolvente (el componente de la solución que disuelve los solutos).

El soluto suele ser el sólido que interviene en la reacción. Mientras que el disolvente es aquello en lo que se disuelve el soluto, y juntos forman una solución.

Ejemplos y propiedades de mezclas y soluciones

Como ya hemos dicho, las mezclas mantienen sus propiedades químicas originales después de mezclarse.

Las soluciones también mantienen sus propiedades químicas originales tras mezclarse, pero siempre son totalmente homogéneas, contienen solutos disueltos en disolventes.

En las reacciones, sin embargo, las sustancias se mezclan y dan lugar a un cambio en las propiedades químicas. Veamos algunos ejemplos y sus propiedades para que esto quede más claro.

Mezclas heterogéneas

Por ejemplo, cuando combinamos una mezcla de agua \(H_2O\) y benceno \(C_6H_6\), podemos mezclar las sustancias en un recipiente, pero no reaccionan.

Podemos verter ambas en el mismo recipiente y agitarlas.

Sin embargo, las moléculas de benceno se agregarán, haciendo que el disolvente orgánico se separe del agua acuosa, y se producirá una separación notable de las dos capas en esta mezcla heterogénea.

Esto funciona tanto para líquidos como para sólidos. Por ejemplo, el hidróxido de aluminio \(AlOH\) es un sólido que no se disuelve en agua. Podemos mezclar \(AlOH\) y agua en el mismo recipiente y agitarlos para que se mezclen. Sin embargo, la mezcla heterogénea tendrá componentes notablemente separados del sólido y del líquido.

Mezclas homogéneas

También podemos crear una mezcla homogénea de hexanos y acetato de etilo.

Estos dos disolventes orgánicos se mezclarán para crear una capa.

Aunque no reaccionan para formar un nuevo producto, se mezclan de forma que parecen un solo líquido.

Sin embargo, esta mezcla homogénea de hexanos y acetato de etilo no cuenta como solución porque no contiene un soluto, sino dos disolventes.

Soluciones

Las soluciones son mezclas homogéneas que contienen solutos y disolventes.

Por ejemplo, si mezclamos sal de mesa (cloruro sódico, \(NaCl\)) en agua, el \(NaCl\) se disolverá en el agua. El \(NaCl\) sería el soluto, y el agua sería el disolvente.

Aunque estén formando una mezcla homogénea, no están reaccionando. Los dos componentes pueden separarse en sus componentes originales inalterados mediante las técnicas de separación que se exponen a continuación.

Reacciones

A diferencia de las mezclas y las disoluciones, las reacciones producen un cambio en las propiedades químicas después de mezclar dos sustancias.

Por ejemplo, cuando mezclamos sodio \(Na\) y cloro \(Cl\), las sustancias sufrirán una reacción para formar cloruro sódico \(NaCl\), o sal de mesa. Se ha producido una reacción entre el \(Na\) y el \(Cl\) para formar el producto \(NaCl\), y el producto no puede separarse en sus componentes originales con técnicas de separación.

Técnicas de separación de mezclas, soluciones y disoluciones de mezclas

Existen diversas técnicas que pueden utilizarse para separar mezclas y soluciones en función de los constituyentes.

Por ejemplo, la filtración puede utilizarse para separar mezclas heterogéneas.

• Una mezcla de \(AlOH\) en agua, que hemos determinado que es heterogénea porque el \(AlOH\) no se disuelve, puede pasarse a través de un filtro, haciendo que el agua pase por el filtro y el \(AlOH\) quede atrapado por el filtro, separándolos entre sí.

• La filtración no puede utilizarse para las disoluciones porque son uniformes, y toda la disolución pasará por el filtro sin separarse.

Los cambios de fase, como la evaporación, también pueden utilizarse para separar tanto mezclas como soluciones.

• Por ejemplo, se puede hervir una mezcla de arena y agua.

• Esto hará que el agua se convierta en vapor, y la arena quedará atrás. Esto funcionaría de forma similar para una solución de \(NaCl\) en agua.

La destilación es una técnica de separación por cambio de fase similar a la ebullición, utilizada sólo para soluciones.

• Con la destilación, se puede separar un compuesto volátil del disolvente calentando la solución para vaporizarlo, y enfriándolo después para devolverlo a su estado líquido y recogerlo separado de los demás constituyentes.

• El compuesto se evaporará a una temperatura distinta de la del disolvente y se recogerá por separado.

La cromatografía es otra técnica para separar soluciones.

• En esta técnica, la solución se desplaza a través de gel de sílice y se disuelve con distintos disolventes. Los disolventes se utilizan para transportar los solutos a través del gel de sílice, pero los solutos se mueven a través del gel de sílice a velocidades diferentes.

• Esto permite que los solutos salgan del gel en momentos diferentes para recogerlos por separado y purificarlos entre sí.

• El tipo de disolvente utilizado para la separación depende de la polaridad y se determina mediante cromatografía en capa fina. Se trata de una placa fina de gel de sílice que se parece a la cromatografía en columna a menor escala.

Todo esto puede resumirse así:

Figura 3: Se muestran formas habituales de separar mezclas. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Las formas más comunes de separar mezclas y soluciones son la cromatografía, la filtración, la destilación y la evaporación, como se muestra en la figura 3.