Técnicas de Separación de Mezclas y Fórmulas de Concentración Química

Introducción a la Separación de Mezclas

La separación es la aplicación de técnicas para obtener separadamente los componentes de una mezcla.

Criterios para la elección de los Métodos de Separación

• Tipo de mezcla: Es fundamental determinar si es heterogénea (se puede separar por métodos mecánicos) o homogénea (generalmente requiere cambios de estado).
• Estado de agregación de la mezcla: La mezcla debe presentar un estado de agregación concreto para aplicar la técnica adecuada.
• Propiedades de cada componente: Estas diferencias físico-químicas servirán para poder separarlos de una mezcla.
• El resultado: Es el objetivo o producto específico que buscamos obtener.

Métodos de Separación Mecánica

Las separaciones mecánicas se basan en propiedades físicas sin alterar la naturaleza química de los componentes:

• Tamización: Permite separar los componentes de una mezcla heterogénea sólido-sólido.
• Filtración: Permite separar componentes de una mezcla heterogénea sólido-líquido.
• Decantación y Centrifugación: Utilizadas para mezclas sólido-líquido (suspensión) o líquido-líquido (emulsión).

Tamización

Es un método mecánico de separación de mezclas heterogéneas sólido-sólido.

Características del tamiz:

• Luz (L): Espacio que queda libre entre dos hilos.
• Diámetro (D): Diámetro de los dos hilos que forman la malla.
• Abertura de malla (M): Es la suma de ambos elementos (L + D).

Fracciones de separación:

• Límite inferior: El tamaño de partícula más pequeño que habrá en la fracción de gruesos.
• Límite superior: El tamaño de partícula más grande que habrá en la fracción de finos.

Filtración

Es un método mecánico de separación de mezclas heterogéneas sólido-líquido.

• El filtrado: Es el fluido que atraviesa el filtro.
• Torta o residuo: Es la fase sólida que queda retenida en el medio filtrante.

Tipos de Filtros de Papel y otros medios:

• Liso: Se utiliza para filtraciones por gravedad cuando el objetivo es recuperar el sólido retenido.
• De pliegues: Se emplea cuando se desea conservar el líquido filtrado, ya que aumenta la velocidad del proceso.
• Placa de papel: Se utiliza con el embudo Büchner para realizar filtraciones al vacío.
• De membrana: Fabricados generalmente de celulosa, poseen un poro muy definido; son ideales para filtrar suspensiones muy diluidas con pocas partículas.
• Filtros de vidrio molido: Placas constituidas por polvo de vidrio sintetizado con gran resistencia química. Van montadas en un crisol y permiten realizar un gran número de filtraciones sucesivas.

Procedimiento de Filtración al Vacío

1. Colocar un disco de papel en un embudo Büchner y humedecerlo con un disolvente adecuado.
2. Acoplar el embudo a un matraz Kitasato, asegurando la estanqueidad mediante un tapón de goma.
3. Conectar un tubo de goma en la salida lateral del matraz y, por el otro extremo, conectar la bomba de vacío.
4. Echamos el líquido en el embudo y conectamos la bomba para acelerar el proceso.

Decantación

Es un método mecánico de separación de mezclas heterogéneas sólido-líquido (suspensión) o líquido-líquido (emulsión). Un ejemplo clásico es separar agua de aceite.

Centrifugación

Es un método mecánico de separación de mezclas heterogéneas sólido-líquido o líquido-líquido. Se basa en la diferencia de densidad de los componentes mediante la aplicación de la fuerza centrífuga.

• Precipitado o Pellet: Componente de mayor densidad que se deposita en el fondo del recipiente.
• Sobrenadante: Componente de menor densidad que permanece en la parte superior.

Los mandos de la centrifugadora permiten controlar: Tiempo, Velocidad de giro y Temperatura.

Tipos de Centrifugadoras:

• De baja velocidad: Hasta 5.000 RPM.
• Microfugas: Hasta 10.000 RPM.
• De alta velocidad: Entre 18.000 y 25.000 RPM.
• Ultracentrifugadoras: Hasta 50.000 RPM.

Fórmulas y Cálculos de Concentración Química

A continuación, se detallan las expresiones matemáticas fundamentales para el trabajo en laboratorio:

• Cálculo del número de moles:
  nº de moles = gramos de soluto / Peso Molecular (Pm)
• Cálculo de masa en gramos:
  Gramos = nº de moles * Peso Molecular (Pm)
  Ejemplo: Calcular cuántos gramos hay en 3 moles de NaCl.
• Equivalente gramo (Valencia):
  Eq-gr = nº de moles / Valencia
• Porcentaje en peso (% p/p):
  % P/P = (gramos de soluto / gramos de disolución) * 100
• Porcentaje peso/volumen (% p/v):
  % P/V = (gramos de soluto / ml de disolución) * 100
• Molaridad (M):
  M = moles de soluto / litros de disolución
• Cálculo de diluciones:
  Vi * Ci = Vf * Cf
  (Donde V es volumen y C es concentración; útil para calcular el volumen de la disolución de partida).
• Relación de concentración final:
  Cf = (1/x) * Ci