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Curso E learning Class- OEI. Wiki libro sistema heterogéneo por Meli Sanchez se encuentra bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 2.5 Argentina. Permisos que vayan más allá de lo cubierto por esta licencia pueden encontrarse en [email protected]. Bajo licencia CC.
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Sistema heterogéneoMétodos para separar fases
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ContenidosArtículos
Sustancia simple 1Sistema homogéneo 1Sistema heterogéneo 2Métodos de separación de fases 3Decantación 7Filtración 9Tamizado 16Flotación (proceso) 17Cristalización 18
ReferenciasFuentes y contribuyentes del artículo 21Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes 22
Licencias de artículosLicencia 23
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Sustancia simple 1
Sustancia simpleUna sustancia simple es aquella en que sus moléculas están formadas por una sola clase de átomo. Por ejemplo, eloxígeno (O2) y el ozono (O3) son sustancias simples, ya que sus moléculas están formadas sólo por átomos deoxígeno. Otro ejemplo lo constituyen el diamante y el grafito, que son sustancias simples por estar formadas porátomos de una única clase, los del elemento carbono. Lo contrario a una sustancia simple es una sustancia compuestao compuesto.Una sustancia compuesta es aquella sustancia pura en cuya composición encontramos varias clases de átomos enuna proporción constante. Para distinguir una sustancia pura de otra nos basamos en sus propiedades. Así porejemplo son sustancias compuestas: metano (CH4), agua (H2O), formol (H2C=O) y etanol (CH3CH2OH).Los noventa y dos elementos químicos neutros se combinan entre sí formando casi tres millones de sustanciascompuestas, denominadas compuestos químicos o, simplemente, compuestos.
Sistema homogéneoEn química un sistema homogéneo es aquel sistema que esta formado por una sola fase, es decir, que tiene igualvalor de propiedades intensivas en todos sus puntos o de una mezcla de varias sustancias que da como resultado unasustancia de estructura y composición uniforme. Una forma de comprobarlo es mediante su visualización. Si no sepueden distinguir las distintas partes que lo forman, éste será homogéneo.Un sistema homogéneo es, por ejemplo, la mezcla de sal común sobre agua. La sal se disuelve en el agua de talforma que es imposible verla a simple vista. El sistema constará de una sola fase y será homogéneo.Los sistemas homogéneos, sus componentes no se ven a simple vista, misma propiedades intensivas en distintaspartes del sistema. Ejemplo: agua con sal.
ClasificaciónLos sistemas homogéneos se clasifican de cinco maneras:• Disoluciones: cuando el sistema tiene una sola fase visible. Las disoluciones están formadas, como mínimo, por
un solvente y un soluto.• Sustancias puras: cuando el sistema está formado por una sola sustancia.• Abiertos: son todos aquellos que pueden intercambiar energía y materia con el medio ambiente. Por ejemplo: Un
vaso con agua caliente. Se enfría por acción de un intercambio de temperatura con el medio (intercambia energía)y libera vapor al medio (intercambia masa con el medio).
• Cerrados: son todos aquellos que intercambian energía con el medio que los rodea pero no intercambia materia.Por ejemplo: Un vaso cerrado con alcohol. Si bien el alcohol puede recibir calor del medio (energía) y éste seevapora, no puede salir del recipiente y por lo tanto no intercambia materia.
• Aislados: son aquellos que no realizan intercambio alguno, ni de materia ni de energía. Por ejemplo: Un termocon agua fría. Si tenemos agua a 1 ºC dentro de un termo y al cabo de 5 horas medimos su temperatura,verificaremos que sigue siendo la misma. No hubo intercambio de energía. Por consiguiente tampoco hayintercambio de materia ya que está aislado del medio. Se debe destacar que estos sistemas son ideales, pues en larealidad no existe ningún dispositivo para aislar a un sistema del medio y siempre habrá intercambio o de materiao de energía; el más perfecto es el frasco de Dewar.
Estos sistemas obedecen a hechos observables en su superficie o desde el exterior, pero en cuanto a sus propiedadesinternas, pueden clasificarse de otra manera.
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Sistema homogéneo 2
DisolucionesConstan de soluto y disolvente. Disolvente es lo que diluye (como el agua) y soluto es la sustancia que se disuelve(como la sal, el azúcar, etc.) Se utilizan distintos métodos para separar las sustancias; en el caso de las sustanciaspuras se utiliza el método de fraccionamiento.Las sustancias puras pueden ser simples o compuestas; las simples están formadas por un único tipo de elemento,ejemplo: ozono y el oxígeno. Las compuestas, por ejemplo el H2O, se separan por el método de descomposición.
Sistema heterogéneoUn sistema heterogéneo en química es aquel que está formado por dos o más fases. Es identificado por razones muysimples: se pueden apreciar las distintas partes que componen el sistema, y a su vez se divide en interfases. Es unamateria no uniforme que presenta distintas propiedades según la porción que se tome de ella.El granito es un ejemplo de sistema heterogéneo, al estar constituido por unos gránulos duros y semitransparentes, elcuarzo, unas partes más blandas y con un ligero tono rojizo, el feldespato, y unas manchas oscuras y brillantes que seexfolian con mucha facilidad.Algunos métodos de separación de fases: filtración, densidad diferente, solubilidad diferente.
Enlaces externos• Química. Sístemas heterogéneos. Separación de fases [1]
• Sistemas homogéneos y heterogéneos [2]
Referencias[1] http:/ / www. saberdeciencias. com. ar/ index. php/ apuntes-de-quimica/ 122-quimica-sistemas-heterogeneos-separacion-de-fases[2] http:/ / html. rincondelvago. com/ sistemas-homogeneos-y-heterogeneos. html
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Métodos de separación de fases 3
Métodos de separación de fases
Cribas de laboratorio para separación por tamización.
Los métodos de separación de fases demezclas son aquellos procesos físicos por loscuales se pueden separar los componentes deuna mezcla.[1] Por lo general el método autilizar se define de acuerdo al tipo decomponentes de la mezcla y a sus propiedadesparticulares, así como las diferencias másimportantes entre las fases.
La separación es la operación en la que unamezcla se somete a algún tratamiento que ladivide en al menos dos sustancias diferentes.En el proceso de separación, las sustanciasconservan su identidad, sin cambio alguno ensus propiedades químicas.
Entre las propiedades físicas de las fases quese aprovechan para su separación, se encuentra el punto de ebullición, la solubilidad, la densidad y otras más.
Los métodos de separación de fases más comunes son los siguientes:•• Decantación•• Filtración•• Tamización•• Flotación•• Cristalización
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Métodos de separación de fases 4
Decantación
La mezcla de agua y aceite se puedeseparar por medio de decantación.
La decantación se utiliza para separar líquidos que no se disuelven entre sí(como agua y aceite) o un sólido insoluble en un líquido (como agua y arena).El aparato utilizado, que se muestra en la fotografía, se llama ampolla oembudo de decantación. La decantación es el método de separación mássencillo, y comúnmente es el preámbulo a utilizar otros más complejos con lafinalidad de lograr la mayor pureza posible.
Para separar dos fases por medio de decantación, se debe dejar la mezcla enreposo hasta que la sustancia más densa se sedimente en el fondo. Luegodejamos caer el líquido por la canilla, cayendo en otro recipiente, dejandoarriba solamente uno de los dos fluidos.
Filtración
Colador de cocina.
La filtración es el método que se usa para separar un sólido insoluble de unlíquido. El estado de subdivisión del sólido es tal que lo obliga a quedarretenido en un medio poroso o filtro por el cual se hace pasar la mezcla.
Este método es ampliamente usado en varias actividades humanas, teniendocomo ejemplos de filtros los percoladores para hacer café, telas de algodón osintéticas, coladores o cribas caseros y los filtros porosos industriales, decerámica, vidrio, arena o carbón.
Imantación o separación por magnetismoLa imantación se utiliza para separar materiales con propiedades magnéticas,es decir, que interactuan con un campomagnético, de otros que no tengan esa propiedad. Un ejemplo claro es la mezcla de arena y limaduras de hierro.
ExtracciónLa extracción es un método que consiste en tratar una mezcla con un disolvente líquido para separar alguno de suscomponentes, ya sea por el arrastre de una sustancia, como en la extracción del almidón, o porque una fase es solubleen el líquido y por ende se separa del resto de la mezcla, no soluble.
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Métodos de separación de fases 5
Lixiviación selectivaEste método de separación consiste en extraer, por medio de disolventes orgánicos, aceites esenciales de plantasaromáticas o medicinales. La lixiviación es común en la confección de perfumes, productos de limpieza ymedicamentos.De igual manera, se utiliza en la extracción de minerales en las minas como las esmeraldas, joyas, etcétera.
El tamizaje se utilizaba antiguamente en la agriculturapara separar las piedras de los granos.
Tamizaje o tamización
Este método se utiliza para separar dos o más sólidos cuyaspartículas poseen diferentes grados de subdivisión. Para ejecutar eltamizaje, se hace pasar la mezcla por un tamiz, por cuyas aberturascaerán las partículas más pequeñas, quedando el material másgrueso dentro del tamiz. Un ejemplo en el cual se utiliza eltamizaje es en la separación de una mezcla de piedras y arena.También puede utilizarse en albañilería
Flotación
La flotación es en realidad una forma de decantación. Se utilizapara separar un sólido con menos densidad que el líquido en queestá suspendido, por ejemplo, en una mezcla de agua y pedazos decorcho. La flotación permite una separación más o menos solo hayque esperar que la mezcla se separe sola.
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Métodos de separación de fases 6
Evaporación o cristalizaciónLa evaporación o cristalización permite separar un líquido de un sólido disuelto en él, mediante el calor o ladisminución de la presión (véase: punto de ebullición y presión de vapor). Para que este método funcione el sólidodebe ser no volátil, de lo contrario se sublimará. Al final del proceso el líquido se ha transformado en gas y el sólidono volátil queda en el fondo del recipiente, en forma de cristales.
Destilación
La destilación es ampliamente utilizadaen la industria licorera
La destilación se usa para separar dos líquidos miscibles (que se mezclan)entre sí, que tienen distinto punto de ebullición, como una mezcla de agua yalcohol etílico; o bien, un sólido no volátil disuelto en un líquido, como lamezcla de permanganato de potasio disuelto en agua.
El proceso de destilación se inicia al someter a altas temperaturas la mezcla.El líquido más volátil se evaporará primero, quedando el otro puro. Luego, lafase evaporada se recupera mediante condensación al disminuir latemperatura.
Según el tipo de mezcla que se desee separar, se contemplan dos tipos dedestilación: la destilación simple en la cual se separan sólido y líquido; y ladestilación fraccionada en la que se separan dos líquidos. En la segunda esen la que se obtiene una mejor separación de los componentes, si bien esta vaa depender de qué tan alta sea la diferencia entre los puntos de ebullición delas diferentes fases.
Los métodos de destilación son ampliamente utilizados en la industrialicorera, la petrolera y la de tratamiento de aguas, así como en los laboratorios.
CromatografíaLa cromatografía comprende un conjunto de diversos métodos de separación de mezclas muy útiles en la industriacomo en la investigación. Se utiliza para separar e identificar mezclas complejas que no se pueden separar por otrosmedios. Existen varios métodos cromatográficos: de papel, de capa delgada o capa fina, de columna y de gas. Todos,sin embargo, utilizan como principio la propiedad de capilaridad por la cual una sustancia se desplaza a través de unmedio determinado. El medio se conoce como fase estacionaria y la sustancia como fase móvil. Por ejemplo, si unrefresco cae sobre una servilleta de papel, aquél busca ocupar toda la superficie de ésta. En este caso, la servilleta esla fase estacionaria y el refresco, la fase móvil.Para que la fase móvil se desplace por la fase estacionaria debe existir cierta atracción entre ellas. La intensidad deesta atracción varía de una sustancia a otra, por lo que el desplazamiento se realiza a diferentes velocidades. Lacromatografía aprovecha estas diferencias (de solubilidad) para separar una mezcla: el componente más soluble sedesplaza más rápido por la fase estacionaria, y los otros quedan rezagados. Para identificar las sustancias se les puedeagregar algún tipo de coloración antes de separarlas.
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Métodos de separación de fases 7
Notas y referencias[1] Manual de prácticas química general. Escrito por María Rocío Villa Gerley, Lorenza Correa Restrepo, (Editora), Sello Editorial Universidad
de Medellín, Segunda edición. Página 73. books.google.es (http:/ / books. google. es/ books?id=thE4FREDodYC& pg=PA73& dq=Los+métodos+ de+ separación+ de+ mezclas+ son& hl=es& sa=X& ei=2K6uT_bSFofIhAf5w-XWCA& ved=0CEcQ6AEwAg#v=onepage&q=Los métodos de separación de mezclas son& f=false)
Bibliografía• Ciencias. Un enfoque práctico 8º. Licda. María de Socorro Navas-M.sc Marianela Valverde, Editora Géminis,
S.A., Panamá. Tercera Edición. Año 2005
Decantación
Embudo de decantación o decantador.
La decantación (del latín decantatĭo, -ōnis[1]) es un método mecánicode separación de mezclas heterogéneas, estas pueden estar formadas porun líquido y un sólido, o por dos líquidos.
Procedimiento
Es necesario dejar reposar la mezcla para que el sólido se sedimente, esdecir, descienda y sea posible su extracción por acción de la gravedad.A este proceso se le llama desintegración básica de los compuestos oimpurezas; las cuales son componentes que se encuentran dentro de unamezcla, en una cantidad mayoritaria.
El agua clarificada, que queda en la superficie del decantador, esredirigida hacia un filtro o un nuevo envase. La velocidad de caída delas partículas es proporcional a su diámetro y masa volumétrica.
Durante la fase de tratamiento, y con objeto de acelerar y mejorar elproceso de decantación, se añaden algunos productos que propician laaglomeración y dan mayor peso a las partículas en suspensión. Entreéstos productos, podemos destacar el carbón activado en polvo, elcloruro férrico o los policloruros de aluminio y un polímero sintetizadoque favorece la aglomeración de los flóculos.
La mezcla de agua con coagulantes-floculantes se introduce en la basedel decantador. En éste hay microarena, que «se pega» a los flóculos yaumenta así su tamaño y peso. Así, los flóculos se van al fondo deldecantador. El agua decantada se evacúa por la parte superior del tanquepero, antes, debe atravesar unos módulos laminares inclinados que fuerzan la decantación de las partículas másligeras arrastradas por la corriente ascendente del agua. En el fondo del decantador, se bombea el fango sininterrupción y de allí se manda a un hidrociclón que, gracias a la fuerza centrífuga, separa el fango y la microarena.Dicha arena se reinyecta en el decantador, mientras que los fangos se redirigen hacia la unidad de tratamiento defangos.
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Tamizado 16
TamizadoLa tamización o tamizado es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer pasar una mezcla departículas de diferentes tamaños por un tamiz, cedazo o cualquier cosa con la que se pueda colar. Las partículas demenor tamaño pasan por los poros del tamiz o colador atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo.Tambien parte del cuerpo o radicacion sobre ella. Un ejemplo podría ser: si se saca tierra del suelo y se espolvoreasobre el tamiz, las partículas finas de tierra caerán y las piedritas y partículas grandes de tierra quedarán retenidas enel tamiz.Es un método muy sencillo utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos. Los orificios del tamizsuelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al tamaño de las partículas de una solución homogénea, quepor lo general tiene un color amarillo el cual lo diferencia de lo que contenga la mezcla.Para aplicar el método de la tamización es necesario que las fases se presenten al estado sólido. Se utilizan tamicesde metal o plástico, que retienen las partículas de mayor tamaño y dejan pasar las de menor diámetro. Por ejemplo,trozos de mármol mezclados con arena; harina y corcho; sal fina y pedazos de roca, cantos rodados, etc.El tamiz de tejido no es más que una serie de hilos colocados a lo ancho y tejido sobre esto en sentido vertical. Loque están tejidos a lo ancho se llaman trama y los verticales se llaman urdimbre. La forma de hacerlo es pase el hilode arriba abajo repetidas veces. Entendemos por tamiz cualquier superficie dotada de perforaciones de unadeterminada dimensiones, un tamiz puede ser una chapa perforada un emparrillado o un tejido de tamiz que es en elque nos vamos a centrar:Características de un tejido de tamiz: según la naturaleza del tamiz que es el material del que están hechos los hilos,pueden ser de acero; Bronce y nylon. Los tamices pueden poseer una diversidad de formas geométricas, pudiendo sercuadrados, rectangulares, redondos,etc.
Separación de fasesLos métodos de separación de fases de mezclas son aquellos procesos físicos por los cuales se pueden separar loscomponentes de una mezcla. Por lo general el método a utilizar se define de acuerdo al tipo de componentes de lamezcla y a sus propiedades particulares, así como las diferencias más importantes entre las fases. La separación es laoperación en la que una mezcla se somete a algún tratamiento que la divide en al menos dos sustancias diferentes. Enel proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin cambio alguno en sus propiedades químicas.
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Flotación (proceso) 17
Flotación (proceso)La flotación es un proceso fisicoquímico de tres fases (sólido-líquido-gas) que tiene por objetivo la separación deespecies minerales mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a burbujas de aire.Los principios básicos en que se fundamenta el proceso de la flotación son los siguientes:•• La hidrofobicidad del mineral que permite la adherencia de las partículas sólidas a las burbujas de aire.•• La formación de una espuma estable sobre la superficie del agua que permite mantener las partículas sobre la
superficie.Para establecer estos principios se requiere la adición de reactivos químicos al sistema. Estos reactivos de flotaciónson los colectores, depresores, activadores y modificadores, cuyas acciones principales son inducir e inhibirhidrofobicidad de las partículas y darle estabilidad a la espuma formada.Las partículas minerales hidrofóbicas tienen la capacidad de adherirse a la burbuja, en tanto que las hidrofílicas,como la ganga, no se adhieren. La superficie hidrofóbica presenta afinidad por la fase gaseosa y repele la faselíquida, mientras que la superficie hidrofílica tiene afinidad por la fase líquida.=
Usos industriales
Flotación industrial de minerales sulfurados decobre.
La flotación es un proceso muy utilizado en la recuperación de losminerales sulfurados de cobre debido a la hidrofobicidad natural quetienen. También se usa para la limpieza de aguas usadas concontenidos de grasas o aceites para su reutilización. Existen equiposque realizan este proceso como las celdas de flotación y las columnasde flotación, estas últimas han ido reemplazando a las celdas por susmenores costos operacionales.La primera flotación de Europa fue desarrollada por el ingenierocántabro Don Leopoldo Bárcena Díaz de la Guerra en la localidadcántabra de Torrelavega.
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Cristalización 18
CristalizaciónLa cristalización es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución los iones, átomos omoléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización seemplea con bastante frecuencia en Química para purificar una sustancia sólida
Método de separación de sistemas materiales homogéneosPermite separar sustancias que forman un sistema material homogeneo por ejemplo:el agua potable es una solucionformada por agua y sales disueltas en ella. Los tres metodos mas conocidos son: Evaporacion o capitalización,cromatografía y destilación. La operación de cristalización es el proceso por medio del cual se separa un componentede una solución liquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan. Es una operaciónnecesaria para todo producto químico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea elazúcar o sacarosa, la sal común o cloruro de sodio.
Enfriamiento de una disolución concentradaSi se prepara una disolución concentrada a altas temperatura y se enfría, se forma una disolución sobresaturada, quees aquella que tiene, momentáneamente, más soluto disuelto que el admisible por la disolución a esa temperatura encondiciones de equilibrio. Posteriormente, se puede conseguir que la disolución cristalice mediante un enfriamientocontrolado. Esencialmente cristaliza el compuesto principal, y las que se enriquecen con las impurezas presentes enla mezcla inicial al no alcanzar su límite de solubilidad.Para que se pueda emplear este método de purificación debe haber una variación importante de la solubilidad con latemperatura, lo que no siempre es el caso. La sal marina (NaCl), por ejemplo, tiene este efecto
Cambio de disolventePreparando una disolución concentrada de un sustancia en un buen disolvente y añadiendo un disolvente peor que esmiscible con el primero, el principal del sólido disuelto empieza a precipitar, y las aguas madres se enriquecenrelativamente en las impurezas. Por ejemplo, puede separarse ácido benzoico de una disolución de éste en acetonaagregando agua.
Evaporación del disolventeDe manera análoga, evaporando el disolvente de una disolución se puede conseguir que empiecen a cristalizar lossólidos que estaban disueltos cuando se alcanzan los límites de sus solubilidades. Este método ha sido utilizadodurante milenios en la fabricación de sal a partir de salmuera o agua marina.
SublimaciónEn algunos compuestos la presión de vapor de un sólido puede llegar a ser lo bastante elevada como para evaporarcantidades notables de este compuesto sin alcanzar su punto de fusión (sublimación). Los vapores formadoscondensan en zonas más frías ofrecidas por ejemplo en forma de un "dedo frío", pasando habitualmente directamentedel estado gaseoso al sólido, (sublimación regresiva) separándose, de esta manera, de las posibles impurezas.Siguiendo este procedimiento se pueden obtener sólidos puros de sustancias que subliman con facilidad como lacafeína, el azufre elemental, el ácido salicílico, el yodo, etc.
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Cristalización 19
Enfriamiento selectivo de un sólido fundidoPara purificar un sólido cristalino éste puede fundirse. Del líquido obtenido cristaliza, en primer lugar, el sólido puro,enriqueciéndose, la fase líquida, de las impurezas presentes en el sólido original. Por ejemplo, este es el método quese utiliza en la obtención de silicio ultrapuro para la fabricación de sustratos u obleas en la industria de lossemiconductores. Al material sólido (silicio sin purificar que se obtiene previamente en un horno eléctrico deinducción) se le da forma cilíndrica. Luego se lleva a cabo una fusión por zonas sobre el cilindro. Se comienzafundiendo una franja o sección del cilindro por un extremo y se desplaza dicha zona a lo largo de este hasta llegar alotro extremo. Como las impurezas son solubles en el fundido se van separando del sólido y arrastrándose hacia elotro extremo. Este proceso de fusión zonal puede hacerse varias veces para asegurarse que el grado de pureza sea eldeseado. Finalmente se corta el extremo en el que se han acumulado las impurezas y se separa del resto. La ventajade este proceso es que controlando adecuadamente la temperatura y la velocidad a la que la franja de fundido sedesplaza por la pieza cilíndrica, se puede obtener un material que es un monocristal de silicio que presenta las carasde la red cristalina orientadas en la manera deseada.
Crecimiento cristalino
Monocristal de lizosima para estudio por difracción derayos X.
Para obtener cristales grandes de productos poco solubles se handesarrollado otras técnicas. Por ejemplo, se puede hacer difundirdos compuestos de partida en una matriz gelatinosa. Así elcompuesto se forma lentamente dando lugar a cristales mayores.Sin embargo, por lo general, cuanto más lento es el proceso decristalización tanto mejor suele ser el resultado con respecto a lalimpieza de los productos de partida y tanto mayor suelen ser loscristales formados. La forma y el tamaño de los cristales puedenser influenciados a aparte por condicionantes como el disolvente ola concentración de los compuestos, añadiendo trazas de otroscomponentes como proteínas (esta es la manera con que losmoluscos, las diatomeas, los corales, etc., consiguen depositar susconchas o esqueletos de calcita o cuarzo en la forma deseada.)
La teoría más aceptada para este fenómeno es que el crecimiento cristalino se realiza formando capasmonomoleculares alrededor de germen de cristalización o de un cristalito inicial. Nuevas moléculas se adhierenpreferentemente en la cara donde su adhesión libera más energía. Las diferencias energéticas suelen ser pequeñas ypueden ser modificadas por la presencia de dichas impurezas o cambiando las condiciones de cristalización.
En multitud de aplicaciones se puede necesitar la obtención de cristales con una determinada forma y/o tamañocomo: la determinación de la estructura química mediante difracción de rayos X, la nanotecnología, la obtención depelículas especialmente sensibles constituidas por cristales de sales de plata planos orientados perpendicularmente ala luz de incidencia, la preparación de los principios activos de los fármacos, etc…
Recristalización
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Cristalización 20
(CATEGORIA:PROCESO GEOLOGICO))
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