Sistemas Materiales en Química: Homogéneos y Heterogéneos
En el estudio de la química, es fundamental comprender la naturaleza de los sistemas materiales, los cuales se clasifican principalmente en homogéneos y heterogéneos. Esta distinción se basa en la uniformidad de sus propiedades y composición a lo largo de toda su extensión.
Sistema Heterogéneo
Un sistema heterogéneo es un sistema termodinámico compuesto por dos o más fases. Se caracteriza por la capacidad de distinguir visualmente sus diferentes componentes o porciones, los cuales están separados por interfases bien definidas. Es una materia no uniforme que presenta distintas propiedades según la porción que se tome de ella.
Ejemplo de Sistema Heterogéneo:
Si a un vaso de agua le agregamos una cucharada de sal, una cucharada de arena y virutas de hierro, los componentes se distinguirán a simple vista, formando un sistema heterogéneo con múltiples fases.
Sistema Homogéneo
En química, un sistema homogéneo es aquel sistema material que está formado por una sola fase, incluso si contiene varias sustancias. El resultado es una sustancia de estructura y composición uniforme en todas sus partes. Una forma de comprobarlo es mediante su visualización, ya que no se aprecian distintas porciones.
Ejemplo de Sistema Homogéneo:
La mezcla de sal común sobre agua. La sal se disuelve en el agua de tal forma que es imposible verla a simple vista. El sistema resultante constará de una sola fase y será homogéneo.
Métodos de Separación de Mezclas: Técnicas Esenciales en Química
Los métodos de separación de mezclas son procesos físicos que permiten separar los componentes que las conforman. Consisten en someter una mezcla a un procedimiento que la divide en dos o más sustancias diferentes, aprovechando las distintas propiedades físicas de sus componentes.
Filtración
La filtración es un proceso mediante el cual se separa un sólido de un líquido, atrapando al sólido con la ayuda de una matriz porosa (como papel de filtro, fibra de vidrio, carbón, etc.) para dejar al líquido libre de sólidos.
Ejemplo de Filtración:
El uso de un filtro para separar el agua del arroz cocinado. En este caso, el líquido (agua) es separado del sólido (arroz).
Decantación
La decantación es un proceso que también se puede emplear para separar un sólido de un líquido, o dos líquidos inmiscibles. La diferencia clave es que en este proceso se aprovecha la capacidad del sólido para sedimentar (depositarse en el fondo) o la diferencia de densidad entre líquidos, lo que permite que se separen por sí mismos. Por lo tanto, solo se debe verter con cuidado la fase superior para separarla. Este método es útil para apartar sólidos contenidos en suspensiones donde sedimentan rápidamente.
Ejemplo de Decantación:
La decantación de agua y piedras: el sólido (piedras) se sedimenta y queda en la base, mientras que el líquido (agua) queda en la parte superior, permitiendo así la separación del sólido del líquido.
Centrifugación
La centrifugación es un proceso que permite separar los sólidos dispersos en un líquido que, generalmente, no pueden separarse eficazmente ni por filtración ni por decantación. Para separar los sólidos del líquido, se aprovecha la fuerza centrífuga, que acelera la sedimentación de las partículas.
Ejemplo de Centrifugación:
La centrifugación se usa en el proceso de la leche para obtener mantequilla. Al centrifugar el recipiente con leche, el agua, que es más densa que la grasa, se separa y se deposita en el fondo, mientras que la grasa (crema) queda en la parte superior del recipiente.
Cristalización
La cristalización es un método que nos permite obtener un sólido con una estructura cristalina a partir de una disolución saturada o sobresaturada. Este proceso se basa en la formación de cristales puros de la sustancia disuelta a medida que el disolvente se evapora o la solubilidad disminuye.
Ejemplo de Cristalización:
Se prepara una solución saturada de cierto sólido que se desea cristalizar, por ejemplo, la sal común (NaCl), y se deja reposar en recipientes cilíndricos de vidrio, anchos y bajos, llamados cristalizadores. El disolvente (el agua, por ejemplo) se evapora y el sólido disuelto cristaliza poco a poco. Esta operación se puede agilizar agregando un sólido inerte insoluble (soporte) o bien introduciendo en el cristalizador una pequeña cantidad del sólido que se desea cristalizar (germen o semilla).
Destilación
La destilación permite la separación de líquidos en una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de las sustancias líquidas. Esto significa que la temperatura a la que cada sustancia pasa del estado líquido al estado gaseoso es particular para cada una. Existen varios tipos de destilación, pero por lo general, todas utilizan el mismo principio de separación de líquidos: la diferencia en sus puntos de ebullición.
Ejemplo de Destilación:
Esto se usa, por ejemplo, para separar el agua del alcohol. El agua hierve a 100 °C, mientras que el alcohol se evapora a los 78.37 °C (punto de ebullición del etanol). Si se calienta la mezcla a una temperatura cercana al punto de ebullición del alcohol, sin que llegue a los 100 °C, el alcohol se evaporará y el agua permanecerá en el recipiente original. El alcohol evaporado, una vez enfriado y condensado, se recoge en un recipiente aparte.
Extracción
La extracción es un método de separación utilizado para obtener sustancias de mezclas sólidas o líquidas mediante el uso de un disolvente. En la extracción, la propiedad que se aprovecha para realizar la separación es la solubilidad o afinidad diferencial de una sustancia con un disolvente específico.
Ejemplo de Extracción:
Una disolución de ácido acético en agua se pone en contacto con acetato de etilo (un disolvente orgánico inmiscible con el agua). Debido a la diferente densidad y la mayor solubilidad del ácido acético en el acetato de etilo, el ácido acético se transferirá a la fase de acetato de etilo. Al cesar la agitación, tiene lugar una separación de fases, permitiendo recuperar el ácido acético de la fase orgánica.