Física y Química 3.º ESO · Métodos de separación de mezclas
Recuerda: evaporación, cristalización y destilación
Objetivo: Al terminar, sabrás describir la evaporación, la cristalización, la destilación simple y la cromatografía en papel, y elegir cuál usar para separar los componentes de una disolución.
Recuerda
Separación de mezclas homogéneas
En una disolución (mezcla homogénea) el soluto no se puede separar por filtración ni por decantación: sus partículas están mezcladas con las del disolvente. Se aprovechan otras propiedades, sobre todo que los componentes hierven (o se evaporan) a distinta temperatura.
Evaporación
Se calienta la disolución (o se deja al aire) hasta que el disolvente se evapora y queda el soluto sólido. Sirve para recuperar el soluto, pero el disolvente se pierde. Se hace en una cápsula de porcelana sobre un mechero o una placa calefactora.
Cristalización
Es una evaporación lenta: se deja la disolución en un cristalizador en reposo durante días. El soluto aparece en forma de cristales grandes y bien formados. Así se obtiene la sal en las salinas: el agua del mar (o de manantiales salados) se evapora lentamente al sol.
Destilación simple
Separa líquidos con temperaturas de ebullición muy distintas, o recupera el disolvente de una disolución de un sólido.
- En el matraz de destilación se calienta la mezcla; el componente más volátil (el de menor temperatura de ebullición) hierve primero.
- Su vapor pasa al refrigerante, un tubo enfriado con agua, donde se condensa.
- El líquido obtenido (el destilado) se recoge en otro recipiente. Un termómetro a la altura de la salida del vapor indica la temperatura de ebullición de lo que se está destilando.
Cromatografía en papel
Sirve para separar sustancias disueltas que están en muy poca cantidad, como los colorantes de una tinta.
- Se pone una gota de la mezcla en una tira de papel de filtro, a 1–2 cm de un extremo.
- Ese extremo se mete en un vaso con un poco de disolvente (agua o alcohol), sin que el líquido toque la mancha.
- El disolvente sube por el papel y arrastra los componentes de la mancha, pero cada uno avanza a distinta velocidad.
- Al cabo de un rato aparecen manchas separadas a distintas alturas: cada una es un componente.
Si aparecen varias manchas, la sustancia de partida era una mezcla.
Un componente que se disuelve y otro que no
Muchas mezclas de dos sólidos se separan combinando métodos:
- Se añade agua y se remueve: uno de los sólidos se disuelve y el otro no.
- Se filtra: el sólido que no se disuelve queda en el papel de filtro.
- Se evapora (o se deja cristalizar) el filtrado: se recupera el sólido que se había disuelto.
Resumen
| Método | Qué se recupera | Se basa en… |
|---|---|---|
| Evaporación | el soluto sólido | el disolvente se evapora y el soluto no |
| Cristalización | el soluto, en cristales grandes | evaporación lenta del disolvente |
| Destilación simple | el líquido más volátil (o el disolvente) | distinta temperatura de ebullición |
| Cromatografía | cada componente, en una mancha | cada sustancia avanza a distinta velocidad con el disolvente |
Puntos clave
- Las disoluciones no se separan por filtración: se usan cambios de estado.
- Evaporación: se recupera el soluto sólido y se pierde el disolvente.
- Cristalización: evaporación lenta que da cristales grandes (salinas).
- Destilación: se evapora el componente más volátil y se condensa en el refrigerante; se recupera el líquido.
- Cromatografía en papel: el disolvente sube y arrastra cada componente a distinta velocidad; varias manchas indican una mezcla.
- Si un sólido se disuelve en agua y otro no: disolver, filtrar y evaporar el filtrado.
Errores frecuentes
ErrorPensar que en la evaporación se recupera el agua.
Cómo corregirloEn la evaporación el agua pasa al aire y se pierde. Si quieres recuperarla, tienes que destilar.
ErrorCreer que en la destilación sale primero el líquido que hay en mayor cantidad.
Cómo corregirloSale primero el de menor temperatura de ebullición, aunque haya poco.
ErrorPensar que el colorante de un rotulador es una sola sustancia porque se ve de un solo color.
Cómo corregirloMuchas tintas son mezclas de varios colorantes; la cromatografía los separa en manchas de distintos colores.
ErrorEn la cromatografía, meter la tira en el disolvente por encima de la mancha.
Cómo corregirloSi la mancha queda sumergida, se disuelve en el líquido del vaso y no sube por el papel. El nivel del disolvente debe quedar por debajo de la mancha.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. La sal y el agua del mar situación real
a) ¿Cómo se obtiene la sal del agua del mar en las salinas? b) En un barco necesitan agua para beber a partir de agua de mar. ¿Qué método usarías? c) En la Comunidad de Madrid también hubo salinas, como las de Espartinas, en Ciempozuelos, que aprovechaban manantiales de agua salada. ¿Qué método usaban?
Resolución
a) Cristalización (evaporación lenta): el agua del mar se deja en estanques poco profundos; el sol y el viento evaporan el agua poco a poco y la sal cristaliza en el fondo. b) Destilación: se calienta el agua del mar, el agua hierve y su vapor se condensa en un refrigerante. El agua destilada no lleva sal; la sal queda en el recipiente. (Hoy los barcos y las desaladoras también usan otros métodos, como la ósmosis inversa.) c) El mismo que en el mar: evaporación lenta y cristalización de la sal del agua de los manantiales.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
¿Qué método usarías en cada caso? a) Obtener la sal de una disolución de sal en agua, en pocos minutos. b) Obtener cristales grandes de sulfato de cobre a partir de una disolución. c) Obtener agua sin sales a partir de agua del grifo. d) Separar el alcohol del agua en una colonia.
Ver solución
a) Evaporación. b) Cristalización. c) Destilación. d) Destilación.
a) Evaporación calentando en una cápsula: se recupera la sal. b) Cristalización: evaporación lenta en un cristalizador. c) Destilación: se recoge el agua evaporada y condensada (agua destilada). d) Destilación: el alcohol (temperatura de ebullición unos 78 °C) se evapora antes que el agua (100 °C).
2. Media
Dibuja un esquema de un montaje de destilación simple y señala: matraz de destilación, fuente de calor, termómetro, refrigerante, entrada y salida del agua de refrigeración y recipiente colector. Explica qué ocurre en el matraz y en el refrigerante.
Ver solución
En el matraz la mezcla hierve y el componente más volátil pasa a vapor; en el refrigerante el vapor se enfría y se condensa.
Esquema: matraz (con la mezcla) sobre la fuente de calor; termómetro en la boca, a la altura de la salida lateral; refrigerante inclinado unido a la salida, con el agua fría entrando por abajo y saliendo por arriba; al final, un vaso o matraz colector. En el matraz, la mezcla se calienta y el componente con menor temperatura de ebullición pasa a vapor. En el refrigerante, el vapor se enfría y se condensa; el líquido cae al colector.
3. Fácil
El agua de mar lleva unos 35 g de sales disueltas en cada litro (dato aproximado). Se evaporan 200 mL de agua de mar. ¿Qué masa de sales queda aproximadamente en la cápsula?
Ver solución
Unos 7 g
200 mL es la quinta parte de un litro (), así que queda la quinta parte de las sales: (aproximadamente).
Para practicar más
1. Fácil
Explica en qué se parecen y en qué se diferencian la evaporación y la cristalización.
Ver solución
Las dos eliminan el disolvente y dejan el soluto sólido; la cristalización es lenta y da cristales grandes.
Se parecen en que en las dos el disolvente se evapora y se pierde, y queda el soluto sólido. Se diferencian en la rapidez: en la evaporación se calienta y es rápida (quedan cristales pequeños o un polvo); en la cristalización se deja evaporar lentamente, a veces durante días, y se forman cristales grandes y bien formados.
2. Media
Se destila una mezcla de agua (temperatura de ebullición 100 °C) y acetona (56 °C). a) ¿Qué líquido se recoge primero en el colector? b) ¿Qué temperatura marcará el termómetro mientras se recoge ese líquido, aproximadamente?
Ver solución
a) La acetona. b) Unos 56 °C.
a) Hierve primero el componente más volátil, el de menor temperatura de ebullición: la acetona (56 °C < 100 °C). b) Mientras destila la acetona, el termómetro marca aproximadamente su temperatura de ebullición, unos 56 °C. Cuando se acaba la acetona, la temperatura sube hasta unos 100 °C y empieza a destilar el agua.
3. Media
Tienes 50 mL de agua salada preparada con 20 g de sal por cada litro de disolución. a) ¿Qué masa de sal obtendrás si la evaporas? b) ¿Podrías recuperar también el agua con la evaporación? ¿Qué método tendrías que usar?
Ver solución
a) 1 g. b) No: se pierde; habría que destilar.
a) 50 mL es la vigésima parte de un litro (), así que hay de sal. b) No: en la evaporación el agua pasa al aire. Para recuperarla habría que destilar la disolución; en el matraz quedaría 1 g de sal.