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1.3. Métodos de separación de mezclas

Objetivos

OA14 Identifica los distintos métodos de separación de mezclas, además de comprender las características para cada una de ella y la utilización de algunas de estas técnicas en la industria.

Conocimiento previo

Observa el siguiente video o contesta las preguntas a continuación 

Preguntas

1) ¿El agua 100% pura lo clasificarías como sustancia pura o mezcla? ¿por qué?

2) ¿Qué tipo de mezcla se produce al juntar el agua con la caca y otras sustancias que desechamos en el alcantarillado? ¿Por qué?

3) ¿De qué forma podrías separar todos los desperdicios del agua para que esta esté apta para ocupar en el regadío de las plantas?

¿Cómo podemos separar las distintas mezclas?

Cuando se exprimen naranjas para separar la pulpa y semillas del jugo se utiliza un colador. En este caso se está empleando un proceso físico para separar los componentes de una mezcla. Las técnicas de separación de mezclas son métodos que permiten apartar los componentes de una mezcla sin alterar las propiedades de estos. A continuación, estudiaremos las más utilizadas.

1) Filtración

¿Has visto cómo se prepara el té en bolsa? Al preparar esta infusión, la bolsa de té se sumerge en agua caliente, dejando pasar el sabor de esta hierba y reteniendo las hojas. La situación anterior se refiere a la filtración, técnica que nos permite separar un sólido no soluble de un líquido (mezcla heterogénea). En este método se usa un filtro, que puede ser papel, tela e incluso arena y piedras. Estos materiales retienen las partículas sólidas de la mezcla, que sean de mayor tamaño que los poros del filtro, y dejan pasar el líquido a través de sus poros.

La filtración tiene diversas aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, en la industria minera, el cobre extraído, y posteriormente triturado, es mezclado con agua y se le adhieren burbujas, que provocan que el mineral flote en el agua. El cobre de la superficie de la mezcla se filtra y se lo deja secar hasta que alcance una humedad inferior al 5 %.


2) Tamizado

¿Has visto alguna vez cómo se prepara un queque o un bizcocho? En la imagen se muestra uno de los primeros pasos que se deben realizar al preparar estos alimentos: cernir la harina, es decir, dejar pasar este ingrediente a través de un cedazo, con el fin de retener grumos u otros residuos. En este caso se está realizando un tamizado, procedimiento que se emplea en la separación de mezclas formadas por sólidos de diferentes tamaños mediante un tamiz (mezcla heterogénea). Este último consiste en una malla que posee orificios de un tamaño determinado a través de la cual pasa el material. El componente de mayor tamaño queda retenido por el tamiz, mientras que el material fino pasa.


Esta técnica es muy utilizada en la cocina, en las labores de jardinería, en la agricultura y en la separación de materiales de construcción, como ripio, gravilla y arena. En la industria minera, para analizar los suelos, usualmente se utilizan artefactos constituidos de tamices de diferentes tamaños para separar y cuantificar las partículas sólidas del suelo.

3) Decantación

¿Has mezclado alguna vez jugo de limón con aceite? Probablemente has notado que el aceite queda flotando en la superficie del jugo de limón. Lo anterior ocurre porque estos líquidos no se mezclan entre sí y, además, presentan diferente densidad. Estas características de algunos materiales son utilizadas en un método de separación de mezclas denominado decantación. La decantación es un método que permite separar un líquido de un sólido, o dos líquidos no miscibles, es decir, que no se mezclan; y que presentan diferente densidad (Mezclas heterogéneas). En ambos casos es necesario dejar la mezcla en reposo durante un tiempo para que sus componentes se separen en dos fases. De esta manera se pueden colectar en recipientes distintos. A continuación, se describen dos ejemplos en los que se usa este método.

La decantación se emplea en la industria metalúrgica, específicamente en la producción del hierro. En este proceso los minerales se depositan en un gran horno donde se funden a altas temperaturas. En este horno se forman dos capas: una denominada escoria (mineral impuro) y otra de hierro puro. La capa de mineral impuro, debido a su menor densidad, se localiza sobre el hierro, desde donde es eliminada.

4) Centrifugación

Técnica que permite separar una mezcla heterogénea de sólidos en líquidos  (suspensión). La suspensión se coloca en una centrífuga que hace girar la mezcla a altas revoluciones por minuto. La fuerza centrífuga logra hacer decantar (se va al fondo)  el soluto suspendido, ubicándolo en la parte baja del tubo o capilar y sobre éste el líquido.

5) Destilación

Es una técnica utilizada en la separación de dos o más líquidos miscibles, es decir, que se disuelven entre sí (Mezcla homogénea), y que tienen diferentes puntos de ebullición. Por ejemplo, el alcohol y el agua. Existen diferentes tipos de destilación, por ejemplo, la destilación fraccionada, que estudiaremos más adelante y la destilación simple, que se explica en el siguiente esquema.


6) Evaporación

Técnica que permite separar un soluto sólido (sales) de un solvente líquido (Mezcla Homogénea)

El propósito es evaporar el solvente de modo que la disolución se vaya concentrando hasta que el sólido (sal) comienza a cristalizar, en las paredes del recipiente. Esto continúa hasta que se ha evaporado todo el solvente, quedando solo la sal.

Si se desea, el solvente se puede recuperar con un condensador, de manera similar a lo que se hace en la destilación.


La separación de mezclas en la industria

Muchos de los métodos de separación de mezclas se emplean con fines industriales para la obtención de múltiples productos. Ya hemos visto algunas aplicaciones de estas técnicas. Ahora revisaremos, con más detalle, la refinación del petróleo y el tratamiento de aguas.

A) Destilación en la industria del petróleo

Seguramente en más de una ocasión has escuchado sobre la importancia del petróleo como fuente de energía y también como materia prima para múltiples procesos en la industria química, pues a partir de este se obtienen diversos productos, como gasolinas, gas licuado, cosméticos y productos de limpieza.

Ahora bien, ¿cómo es posible obtener todos estos productos? La técnica usada en este proceso se denomina destilación fraccionada, método que, al igual que la destilación simple, considera los puntos de ebullición de los componentes del petróleo.

La destilación fraccionada se realiza en torres de fraccionamiento que cuentan con salidas a diferentes alturas. En las partes más bajas, se extraen las fracciones del petróleo con mayor punto de ebullición; en las más altas, las que presentan menor punto de ebullición, tal como se representa en el esquema.

El petróleo se calienta a unos 400 °C produciendo un vapor que ingresa a la torre por la parte inferior. A medida que este vapor asciende por la torre, disminuye su temperatura, provocando la separación de los diferentes componentes de la mezcla en los distintos niveles de la torre. En cada uno de estos niveles, hay una serie de tuberías conectadas a la torre a través de las cuales se extraen los derivados del petróleo.


B) Tratamiento de aguas

Del total de agua que hay en nuestro planeta, solo una pequeña parte es apta para el consumo humano. Para ello, este compuesto debe ser sometido a un procedimiento llamado potabilización, en el cual se eliminan partículas contaminantes por medio de la aplicación de diversas técnicas, entre ellas, las de separación de mezclas. ¿Cuáles de estas reconoces en el siguiente esquema?