Clasificación de los sistemas materiales

    Mezclas heterogéneas

    Mezclas homogéneas o disoluciones

    Sustancias puras

    ¿Cómo diferenciar compuestos de disoluciones?

 

Clasificación de los sistemas materiales.

Hemos visto que una primera clasificación de la materia estaba en función de su estado de agregación (sólido, líquido, gaseoso). La clasificación que nos interesa en este apartado se corresponde con la composición del sistema material, de acuerdo con esto, los sistemas materiales se clasifican en:

• Sustancias puras.

• Mezclas de sustancias. Que a su vez se clasifican en:

  • Mezclas heterogéneas.

  • Mezclas homogéneas, habitualmente llamadas disoluciones.

Las sustancias presentes en una mezcla se pueden separar por medios puramente físicos (densidad, campo magnético, punto de ebullición, etc.). Seguidamente vamos a ver el significado de cada una de estas clases de sistemas materiales así como el tipo de método que se debe seguir para separar las sustancias en las mezclas.

Mezclas heterogéneas.

Una mezcla heterogénea o sistema material heterogéneo es un sistema material formado por varias sustancias en el que su composición, estructura o propiedades no se mantienen en cualquier punto de su masa, pudiéndose percibir límites de separación entre regiones diversas.

Algunas veces no resulta fácil comprobar si un sistema material es una mezcla heterogénea. Puede que a simple vista encontremos cierta apariencia de regularidad y de uniformidad pero un análisis más cuidadoso puede advertirnos ciertas diferencias. La mayoría de los materiales de uso habitual son heterogéneos y sólo algunos pueden considerarse realmente homogéneos.

La forma de separar las sustancias que forman una mezcla utilizará algunas de las propiedades de las mismas, propiedades que sean diferentes entre las sustancias que la forman.

• Así, por ejemplo, si una de las sustancias es atraída por los imanes, utilizaremos un imán para separarla del resto de sustancias que forman la mezcla heterogénea.

• Si la diferencia es el tamaño de las sustancias que constituyen la mezcla heterogénea:

  • Si todas las sustancias son sólidas y el tamaño es muy diferente, podemos utilizar una criba para dejar pasar las más pequeñas y dejar en la criba las más grandes.

  • Para separar sólidos de líquidos podemos:

    • Si la densidad es muy diferente, sólido más denso que el líquido, podemos dejar sedimentar (dejar que con el tiempo el sólido se deposite en el fondo) y coger la parte superior (líquido) volcando ligeramente el vaso que lo contenga (decantación). Previamente podríamos haber centrifugado el sistema para que el sólido quedara más apelmazado en el fondo del vaso (centrifugación) y al volcar pudiéramos separa mayor cantidad de líquido.

    • También podríamos utilizar la filtración: tipo de criba en la que el tamaño de los agujeros es sumamente pequeño.

• Si queremos separar líquidos de diferente densidad y no miscibles (no se disuelven unos en otros) podemos utilizar el proceso anterior de decantación:

  • Volcando ligeramente el vaso que contiene los líquidos la fase superior la podemos trasvasar a otro recipiente y quedarnos en el vaso con la fase inferior (la de menos densidad).

  • Utilizando un embudo de decantación. El embudo de decantación tiene una salida en la parte inferior con una llave de forma que cuando se encuentren bien delimitadas las fases podemos ir separándolas abriendo la llave y separando la parte inferior. Con el embudo de decantación podemos lograr separaciones de líquidos por el método de decantación con una precisión mucho mayor que el simple volcado del vaso.

Resumen de métodos:

• Sólido de sólido:

  • Imantación si uno de ellos es atraído por imanes.

  • Manual si el tamaño lo permite.

  • Criba si son de diferentes tamaños.

• Sólido de líquido:

  • Sedimentación seguido de decantación.

  • Sedimentación y centrifugación, seguido de decantación.

  • Filtración.

• Líquido de líquido, no miscibles:

  • Decantación normal.

  • Decantación, utilizando el embudo de decantación.

No hay que olvidar que el utilizar uno u otro método depende de las características de las sustancias a separar y de qué interesa obtener de forma más pura.

Mezclas homogéneas o disoluciones.

Una mezcla homogénea es un sistema material homogéneo formado por varias sustancias. Las mezclas homogéneas se llaman disoluciones.

Nos encontramos con disoluciones de sustancias que se encuentran cualquier estado de agregación con otras sustancias que se encuentran en el mismo estado de agregación o en otro diferentes.

En una disolución denominamos disolvente a la sustancia de la mezcla que se encuentra en mayor proporción. Denominamos soluto a la sustancia o sustancias que se encuentran en menor proporción.

Como se ha dicho anteriormente, los  métodos de separación se basan en diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla. Para las disoluciones, los métodos más habituales son:

• Destilación. Este método consiste en separar los componentes de las mezclas basándose en lo volátiles que sean las sustancias que forman la mezcla se utilizan los destiladores. Una sustancia de punto de ebullición bajo se considera “volátil” en relación con las otras sustancias de puntos de ebullición mayor. Hay varios tipos de destilación, la más sencilla es la destilación simple en la que el proceso se lleva a cabo por medio de una sola etapa, es decir, que se evapora el líquido de punto de ebullición más bajo (calentando la mezcla) y se condensa por medio de un refrigerante.

• Evaporación y cristalización:

  • La evaporación consiste en eliminar el disolvente líquido, quedándonos con el soluto. Para favorecer la evaporación podemos calentar la mezcla o dejar que ocurra lentamente.

  • La cristalización es el depósito del sólido disuelto en el líquido por alguno de los siguientes motivos:

    • Por enfriamiento, habitualmente se disuelven mejor los sólidos en los líquidos la aumentar la temperatura. Si nosotros enfriamos deberá tener menos sólido disuelto en el líquido, el sólido que sobra acabará depositándose en el fondo del recipiente (cristalización).

    • Por evaporación, al disminuir la cantidad de disolvente deberá tener menos sólido disuelto, el que vaya sobrando a medida que se evapore el líquido se depositará en el fondo del recipiente (cristalización).

• Extracción.  Consiste en separar varios solutos disueltos en un disolvente. Se utiliza la diferencia de solubilidad (ver apartado cuarto) de cada soluto en diferentes disolventes. Se añade un disolvente inmiscible (que no se disuelve) con el disolvente de la mezcla, los solutos se distribuyen entre los dos disolventes: alguno de los solutos será más soluble en el primer disolvente y otro de los solutos en el segundo disolvente. Posteriormente las dos fases se separan como mezclas heterogéneas, por decantación en este caso.

• Cromatografía.  Las sustancias a separar se distribuyen entre dos fases según la tendencia que tengan a estar más en una de las fases o en la otra. Una fase es la denominada móvil, la que avanza, y la otra es la fase fija. Los más solubles o que retiene mejor la fase fija retrasan su avance y, de esta forma, se separan de los que retiene mejor la fase móvil.

Sustancias puras.

Son sistemas materiales homogéneos formados de un solo tipo de sustancia. Pueden ser de dos tipos:

• Simples o elementos. Son sustancias de composición simple y que no pueden descomponerse en otras más sencillas por métodos químicos ordinarios. Son los elementos químicos.

• Compuestos. Son sustancias formadas por la unión química, o combinación, de dos o más elementos en proporciones fijas, siendo las propiedades del compuesto diferentes de las de sus elementos constituyentes. Los compuestos se pueden descomponer en los elementos que los constituyen por métodos químicos habituales.

¿Cómo diferenciar compuestos de disoluciones (mezclas homogéneas)?