Mezcla homogénea o disolución

[Propiedades de las disoluciones] Sección 2. Conceptos clave [Mezclas homogéneas] [Conversiones entre unidades de concentración] Otros conceptos [La sangre como una mezcla homogénea] [Cocina molecular]

Una mezcla homogénea, también conocida como disolución, es una combinación de dos o más sustancias que se distribuyen uniformemente en toda la mezcla. Un ejemplo común de mezcla homogénea es el agua salada, donde la sal se disuelve completamente en el agua. En una disolución, las sustancias que forman la mezcla se conocen como soluto y solvente. El soluto es la sustancia que se disuelve, mientras que el solvente es la sustancia que disuelve al soluto. En el caso de una disolución de sal en agua, el agua es el solvente y la sal es el soluto. La disolución, como proceso, ocurre cuando el soluto se dispersa a nivel molecular o iónico en el solvente.

Figura 1. La filtración molecular y la ultrafiltración usan filtros con poros extremadamente pequeños para separar partículas diminutas, logrando purificar mezclas homogéneas con gran precisión. En el caso del agua ultrapura, se eliminan minerales y compuestos que aportan sabor, resultando en agua insípida, ideal para aplicaciones industriales, farmacéuticas y científicas donde la pureza es crucial.

Las disoluciones pueden clasificarse según el estado físico de los componentes que las conforman. En una disolución líquida en líquido, ambos componentes son líquidos, como en el caso del alcohol y el agua, donde el alcohol se disuelve completamente en el agua formando una mezcla homogénea. Un ejemplo de disolución sólida en líquido es la disolución de azúcar en agua, en la que el azúcar se disuelve en el agua formando una solución. En una disolución de gas en líquido, como el caso del dióxido de carbono disuelto en agua para formar agua carbonatada, el gas se dispersa uniformemente en el líquido. También existen disoluciones sólidas en sólido, como las aleaciones, donde los metales se mezclan para formar un material homogéneo, como el bronce, que es una disolución sólida de cobre y estaño. Las disoluciones líquidas en gas son menos comunes, pero un ejemplo sería el aire húmedo, en el que pequeñas cantidades de agua se encuentran dispersas en el aire. Finalmente, las disoluciones de gas en gas, como el aire, son siempre homogéneas, ya que los gases se mezclan completamente a nivel molecular, como el oxígeno y el nitrógeno en la atmósfera.

Figura 2. La cromatografía es una técnica que separa componentes de una mezcla usando una fase móvil y una fase estacionaria. Cada componente interactúa de forma distinta con la fase estacionaria, desplazándose a diferentes velocidades. Esto permite su separación, análisis y purificación en mezclas complejas, siendo esencial en química, farmacéutica y ciencias ambientales.

Figura 3. La evaporación separa mezclas homogéneas al eliminar el solvente volátil mediante calor, transformándolo en vapor y dejando el soluto con punto de ebullición más alto. Es útil para obtener sustancias puras, como la sal del agua de mar, ya que al reducir el solvente, algunos solutos precipitan. Es un método sencillo y eficiente para purificación y separación.

Las disoluciones tienen varias propiedades que pueden ser descritas según el comportamiento de las sustancias involucradas. Entre estas propiedades se encuentran las propiedades organolépticas, que son aquellas que se pueden percibir mediante los sentidos, como el sabor, el olor, el color y la textura de la disolución. Además, las propiedades coligativas son aquellas que dependen de la cantidad de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de esas partículas. Un ejemplo de propiedades coligativas son la disminución de la presión de vapor, el aumento de la ebullición y la disminución del punto de congelación. Las propiedades físicas de una disolución incluyen características como el punto de ebullición, el punto de congelación, la densidad y la viscosidad, mientras que las propiedades químicas están relacionadas con la reactividad de los componentes de la disolución, como la capacidad de un soluto para reaccionar con otras sustancias.

Figura 4. La destilación separa mezclas aprovechando diferencias en los puntos de ebullición, evaporando y condensando el componente más volátil. Aunque no siempre logra una purificación total, se mejora con columnas de fraccionamiento para separar compuestos con puntos cercanos. Es fundamental en industrias químicas, petroquímicas y alimentarias para obtener sustancias puras de mezclas líquidas complejas.

El comportamiento de las disoluciones también puede ser influenciado por el tipo de concentración del soluto. Una disolución ideal o de baja concentración de soluto es aquella en la que la cantidad de soluto disuelto es baja en comparación con la cantidad de solvente, y el comportamiento de la disolución sigue las leyes de Raoult, en las que las propiedades coligativas dependen de la concentración de las partículas de soluto. Para preparar disoluciones de diferentes concentraciones, se pueden utilizar procesos como la destilación, que separa los componentes de una mezcla según sus diferentes puntos de ebullición, o la evaporación, en la que un líquido se convierte en vapor, dejando atrás los solutos. La ebullición es un proceso que implica la conversión de un líquido en gas cuando su temperatura alcanza el punto de ebullición.

El agua es el solvente más común debido a su capacidad para disolver una gran cantidad de sustancias, tanto iónicas como moleculares. La solvatación es el proceso en el que las moléculas del solvente rodean y estabilizan a las partículas del soluto, facilitando su disolución. En el caso de los solutos iónicos, como el cloruro de sodio, el agua disuelve el soluto separando los iones positivos y negativos, mientras que en los solutos moleculares, el agua interactúa con los grupos polares de la molécula para disolverla

Referencias

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Figura. Destilación.

La destilación es una técnica de separación fundamental que se utiliza cuando uno de los componentes de una mezcla, el soluto, es más volátil que el solvente. Este método se basa en las diferencias de los puntos de ebullición de los componentes para separar y concentrar el soluto. Al calentar la mezcla, el componente más volátil se evapora primero, y su vapor se recoge y se condensa en un sistema de enfriamiento, permitiendo recuperar dicho componente en estado líquido, separado del solvente original.

Sin embargo, la destilación generalmente no logra una purificación total en una sola etapa debido a la posibilidad de contaminación cruzada. Esto ocurre porque parte del solvente puede evaporarse junto con el soluto y viceversa, dependiendo de las propiedades físicas y químicas de cada componente, como su presión de vapor y miscibilidad. Por ello, en mezclas con componentes de puntos de ebullición cercanos, la separación puede ser menos eficiente.

La destilación puede considerarse como el proceso inverso a la evaporación, donde el objetivo es recuperar el vapor y condensarlo para obtener el componente deseado. Cuando el soluto es muy poco volátil, la destilación permite una purificación eficaz, ya que el solvente se evapora fácilmente y se separa completamente del soluto. En cambio, para mezclas formadas por componentes volátiles con puntos de ebullición cercanos, se emplean técnicas avanzadas como las columnas de fraccionamiento o columnas de destilación fraccionada. Estas columnas aumentan la eficiencia del proceso mediante múltiples ciclos de vaporización y condensación internas, logrando una separación más precisa.

La destilación se aplica ampliamente en la industria química, petroquímica y alimentaria, por ejemplo, en la purificación de alcoholes, la separación de hidrocarburos en refinerías y la obtención de aceites esenciales. Es un método versátil y esencial para la obtención de sustancias puras a partir de mezclas líquidas complejas.

Figura. Evaporación de homogéneas

La evaporación es un método ampliamente utilizado para separar mezclas homogéneas, especialmente aquellas formadas por un soluto disuelto en un solvente. Este proceso se basa en la eliminación del solvente más volátil mediante la aplicación de calor. A medida que la mezcla se calienta, el solvente, que tiene un punto de ebullición relativamente bajo —como el agua, que hierve a 100 °C—, se transforma en vapor y se dispersa al ambiente o se condensa en un sistema cerrado para su recuperación. Mientras tanto, el soluto, que generalmente posee un punto de ebullición mucho más alto —en el caso de la sal común (NaCl), su punto de ebullición es de aproximadamente 1413 °C— permanece en el recipiente, facilitando su separación y recuperación.

Aunque la evaporación es comúnmente asociada con la separación de mezclas heterogéneas, como en el caso del agua con barro, también es extremadamente útil para mezclas homogéneas. Al reducir el volumen del solvente, algunos solutos pueden perder solubilidad y precipitar, permitiendo así su separación física. Esto se observa en procesos industriales y en laboratorios donde, por ejemplo, se obtiene sal a partir de agua de mar. A medida que el agua se evapora, la concentración de sales aumenta hasta que estas cristalizan.

La evaporación tiene múltiples aplicaciones prácticas en diversas industrias, como la producción de alimentos (sal, azúcar), la química (purificación de sustancias), la farmacéutica (obtención de compuestos sólidos), y el tratamiento de aguas residuales. Este método es fundamental cuando se requiere la recuperación del soluto sin la necesidad de utilizar disolventes orgánicos o procesos químicos complejos, haciendo que la evaporación sea una técnica sencilla, económica y eficiente para la separación y purificación de sustancias.

Figura. Cromatografía

La cromatografía es una técnica fundamental en la química analítica y otras ciencias para la separación y análisis de mezclas complejas. Este método se basa en la interacción diferencial de los componentes de una mezcla con dos fases: una fase móvil y una fase estacionaria. La fase móvil, que puede ser un líquido o un gas, transporta la muestra a través o sobre la fase estacionaria, que generalmente es un sólido o un líquido inmovilizado sobre un soporte sólido.

A medida que la mezcla se desplaza, cada componente interactúa de manera diferente con la fase estacionaria, dependiendo de sus propiedades químicas y físicas, como la polaridad, tamaño molecular o afinidad química. Estas diferencias en la interacción provocan que los componentes se muevan a velocidades distintas, lo que resulta en la separación gradual de la mezcla en sus constituyentes individuales. Por ejemplo, en la cromatografía en capa delgada, los compuestos viajan distintas distancias sobre una placa recubierta de material adsorbente, permitiendo su identificación. En la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), los componentes son separados en una columna bajo presión, logrando una separación precisa y rápida.

Esta técnica es ampliamente utilizada para analizar, purificar y cuantificar sustancias en áreas como la química analítica, farmacéutica, bioquímica y ambiental. Permite, por ejemplo, detectar contaminantes en el agua, identificar componentes activos en medicamentos o separar mezclas de proteínas. Además, la cromatografía es esencial para estudiar mezclas complejas donde los métodos tradicionales de separación no son efectivos.

La cromatografía aprovecha las diferencias en la afinidad de los componentes de una mezcla hacia una fase móvil y una fase estacionaria, facilitando su separación y análisis detallado, lo que la convierte en una herramienta versátil y poderosa en la ciencia moderna.

Figura. Ultrafiltración

La filtración molecular y la ultrafiltración son técnicas avanzadas de separación que utilizan filtros con poros extremadamente pequeños, capaces de retener partículas diminutas, incluso a nivel molecular o de macromoléculas. Estas técnicas permiten separar mezclas homogéneas, logrando fraccionar y purificar componentes con una precisión muy alta.

En el caso del tratamiento de agua, estas técnicas son fundamentales para la obtención de agua ultrapura. Este tipo de agua ha sido sometida a procesos de filtración que eliminan no solo partículas visibles o contaminantes habituales, sino también sales, microorganismos, virus, y cualquier otro tipo de impureza molecular. Como resultado, el agua ultrapura carece de los minerales y compuestos que normalmente le otorgan sabor y olor, por lo que al beberse puede parecer insípida o “sin sabor”. Esta característica es especialmente valorada en aplicaciones industriales, farmacéuticas y de laboratorio, donde la pureza del agua es crítica para evitar interferencias en procesos químicos y biológicos.

La ultrafiltración, a diferencia de la filtración convencional, utiliza membranas semipermeables que permiten el paso del agua y moléculas pequeñas, mientras retienen partículas mucho más grandes, como bacterias, proteínas o virus. Esto la convierte en una técnica ideal para la purificación del agua potable, en la producción de alimentos y en la industria farmacéutica.

La filtración molecular y la ultrafiltración representan avances significativos en la tecnología de separación y purificación, capaces de transformar una mezcla homogénea en componentes altamente puros, con aplicaciones que van desde la salud hasta la industria y la investigación científica. El agua ultrapura es un claro ejemplo de los resultados que estas técnicas pueden lograr, demostrando la importancia del control riguroso de las propiedades de las disoluciones en diferentes ámbitos.

Suspenciones contaminantes

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La ciudad de Bogotá, capital de Colombia, es reconocida no solo por su riqueza cultural y económica, sino también por su alta concentración de smog en el aire, un problema ambiental que afecta directamente la calidad de vida de sus habitantes. Este fenómeno no es casualidad, sino el resultado de una combinación particular de factores geográficos, climáticos y humanos. Bogotá está ubicada en una meseta rodeada de montañas que conforman un valle cerrado, lo que condiciona las dinámicas atmosféricas y dificulta la dispersión natural de los contaminantes. A esto se suma una de las mayores concentraciones de tráfico vehicular del país, con un parque automotor que emite constantemente gases y partículas contaminantes.

Esta configuración geográfica y urbana genera condiciones meteorológicas que favorecen la acumulación de contaminantes en la atmósfera. Entre ellos, destacan el dióxido de nitrógeno (NO₂), producto de la combustión de los motores de los vehículos; el monóxido de carbono (CO), un gas tóxico que se produce en la combustión incompleta; y las partículas finas o material particulado (PM), especialmente las partículas menores a 2.5 micrómetros, conocidas como PM2.5. Durante los meses más secos, cuando la humedad disminuye y los vientos son escasos, el smog se vuelve especialmente visible, formando una densa capa de partículas suspendidas que oscurecen el cielo y dificultan la respiración.

Figura 1. El smog es una mezcla heterogénea de gases contaminantes como dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono y compuestos orgánicos, junto con partículas sólidas y líquidas finas. Su color negro se debe principalmente al hollín y carbono negro, subproductos de la combustión incompleta de combustibles fósiles. Estas partículas absorben la luz y afectan la salud respiratoria y cardiovascular

El smog es una mezcla heterogénea compleja, principalmente una suspensión de partículas sólidas y líquidas en el aire. Estas partículas varían en tamaño, desde las más grandes que pueden verse a simple vista, hasta las microscópicas que atraviesan las barreras naturales del cuerpo humano. Estas partículas provienen de múltiples fuentes, no solo de los automotores, sino también de las industrias y algunas actividades agrícolas que liberan contaminantes a la atmósfera. Los componentes más pequeños, el PM2.5, tienen la capacidad de penetrar profundamente en los pulmones y llegar al torrente sanguíneo, donde pueden desencadenar graves problemas de salud. Estas partículas transportan metales pesados, productos químicos orgánicos y otros compuestos tóxicos, aumentando el riesgo de enfermedades como asma, bronquitis, enfermedades cardiovasculares y cáncer.

El impacto del smog en la salud pública es alarmante. Las personas que padecen enfermedades respiratorias preexistentes, como el asma, la bronquitis o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), son particularmente vulnerables. Para estos grupos, la exposición continua a estas partículas contaminantes puede desencadenar episodios agudos, irritación severa de las vías respiratorias, ataques de asma y otros problemas graves. Pero no solo ellos están en riesgo: incluso personas saludables pueden experimentar síntomas molestos, como tos, irritación ocular, dificultad para respirar y disminución de la capacidad pulmonar. Este problema no solo afecta la salud individual, sino que también representa un costo económico considerable para el sistema sanitario y la productividad laboral.

Frente a esta preocupante situación, la comunidad científica ha realizado estudios exhaustivos para entender la composición y dinámica del smog en Bogotá. La caracterización de estas mezclas heterogéneas ha sido crucial para diseñar y aplicar políticas públicas efectivas. Entre las estrategias implementadas, destaca la promoción del transporte público como alternativa para reducir la cantidad de vehículos privados en circulación. Esta medida no solo disminuye las emisiones de gases contaminantes, sino que también contribuye a descongestionar las vías. Además, se han fomentado el uso de vehículos eléctricos, que no emiten gases nocivos, y la creación de zonas de baja emisión, áreas donde el acceso de vehículos altamente contaminantes está restringido.

Otra línea de acción fundamental ha sido la introducción de tecnologías más limpias en los procesos industriales y domésticos. La mejora de los sistemas de combustión, con tecnologías que queman el combustible de manera más eficiente y menos contaminante, ha permitido reducir la liberación de partículas sólidas y gases tóxicos al ambiente. Paralelamente, se ha incentivado la adopción de fuentes de energía renovables —como la solar y la eólica— y el desarrollo de infraestructuras urbanas que promueven una movilidad sostenible, facilitando el uso de bicicletas y caminatas, además de mejorar la calidad del aire.

La lucha contra el smog en Bogotá es un ejemplo claro de cómo la comprensión científica de fenómenos ambientales puede orientar soluciones innovadoras y efectivas. La aplicación de políticas públicas basadas en la investigación y la colaboración entre sectores público, privado y la sociedad civil es clave para proteger la salud humana y el equilibrio ecológico. La reducción de emisiones contaminantes no solo mejora la calidad de vida de los habitantes, sino que también contribuye a mitigar el cambio climático global.

En conclusión, abordar el problema del smog implica un esfuerzo integral y sostenido que combina el conocimiento científico con acciones concretas en el día a día. Mejorar la calidad del aire es esencial para garantizar un futuro saludable y sostenible para Bogotá y sus habitantes, además de sentar un precedente para otras ciudades con problemas similares en el mundo. Solo a través de la innovación tecnológica, la educación ambiental y políticas públicas responsables será posible revertir esta amenaza que pone en riesgo la vida y el bienestar de generaciones presentes y futuras.

Referencias

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Figura. El smog

El smog es una mezcla compleja de contaminantes atmosféricos que se encuentra suspendida en el aire, y su composición varía según la región, las fuentes de emisión y las condiciones climáticas. En términos generales, el smog está compuesto principalmente por una combinación de partículas sólidas y líquidas finas (material particulado), gases contaminantes y compuestos químicos que se originan en actividades humanas como el transporte, la industria, la quema de combustibles fósiles y la agricultura.

Entre los gases que forman parte del smog, destacan el dióxido de nitrógeno (NO₂), el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de azufre (SO₂), todos producto de la combustión de motores, plantas industriales y otras fuentes. También se encuentran compuestos orgánicos volátiles (COV), que reaccionan en la atmósfera bajo la influencia de la luz solar para formar ozono troposférico, otro contaminante presente en el smog. Además, el smog contiene material particulado (PM10 y PM2.5), partículas microscópicas que pueden incluir polvo, hollín, metales pesados, sulfatos y nitratos.

El color oscuro o negro del smog, que se observa a menudo sobre ciudades industriales o con alto tráfico vehicular, se debe principalmente a la presencia de partículas de hollín y carbono negro. Estas partículas son subproductos de la combustión incompleta de combustibles fósiles, especialmente diésel y gasolina. El hollín está formado por finas partículas de carbono que absorben la luz visible, lo que les confiere ese característico color oscuro. Además, el hollín no solo afecta la apariencia visual del smog, sino que también es especialmente dañino para la salud, ya que puede penetrar profundamente en los pulmones y el torrente sanguíneo.

El smog es una mezcla heterogénea de gases tóxicos y partículas sólidas y líquidas, donde el color negro está provocado por las partículas de hollín y carbono negro, reflejando la contaminación causada por actividades humanas y la quema incompleta de combustibles fósiles. Este fenómeno no solo afecta la visibilidad y la estética urbana, sino que representa un grave riesgo para la salud pública y el medio ambiente.

Mezclas heterogéneas

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Las sustancias impuras son aquellas que están formadas por una combinación de dos o más componentes que no se encuentran en una sola fase. Pueden presentarse en forma de mezclas homogéneas (siguiente lección) o mezclas heterogéneas, y la diferencia fundamental radica en la uniformidad de la distribución de sus componentes. Las mezclas homogéneas son aquellas que tienen una composición uniforme en toda su extensión, como las soluciones, en las que los componentes no se pueden distinguir a simple vista. Por ejemplo, una disolución de sal en agua es homogénea, ya que la sal se disuelve completamente en el agua y no se pueden distinguir sus partes.

Figura 1. La clave para identificar una mezcla heterogénea es la vista: si puedes distinguir sus componentes a simple vista, la mezcla es heterogénea. No se usan otros sentidos como el olfato o gusto para esta clasificación. Las mezclas heterogéneas muestran fases diferenciadas con propiedades físicas visibles y componentes que no se integran uniformemente.

Por otro lado, las mezclas heterogéneas son aquellas que no tienen una composición uniforme, es decir, sus componentes son fácilmente distinguibles. Un ejemplo típico de mezcla heterogénea es una ensalada, donde los ingredientes como lechuga, tomates y zanahorias pueden observarse claramente. En estas mezclas, los componentes no se combinan completamente y pueden estar presentes en diferentes fases, como sólidos, líquidos o gases.

Figura 2. La decantación es un método de separación que aprovecha la diferencia de densidad entre los componentes de una mezcla, permitiendo que el más denso se sedimente. Tras el reposo, se vierte el líquido sin perturbar el fondo. Es útil en mezclas sólido-líquido como agua con barro, y también en algunas mezclas líquido-líquido como agua con aceite.

Las mezclas heterogéneas pueden clasificarse según diversos criterios, siendo uno de los más importantes el tamaño de las partículas que las componen. Cuando las partículas de al menos uno de los componentes son lo suficientemente grandes como para distinguirse a simple vista o con un microscopio de baja resolución, la mezcla se considera heterogénea. Según el estado de agregación de sus componentes y cómo se distribuyen, estas mezclas pueden presentar distintas fases, como sólido en sólido, sólido en líquido, sólido en gas, líquido en líquido o gas en líquido.

Figura 3. La filtración es un método de separación utilizado para mezclar un sólido no disuelto y un líquido. Consiste en pasar la mezcla por un filtro que retiene el sólido (residuo) y deja pasar el líquido (filtrado). Es útil en casos como agua con arena y se aplica tanto en laboratorios como en la vida cotidiana.

Un ejemplo de mezcla de sólido en líquido sería el agua con arena. En este caso, las partículas de arena no se disuelven en el agua, sino que permanecen suspendidas. Dado su tamaño, estas partículas pueden ser separadas por métodos físicos como la decantación o la filtración. Otro ejemplo de mezcla heterogénea es el aceite en agua, un caso de líquido en líquido. El aceite, debido a su menor densidad y mayor hidrofobicidad, no se mezcla bien con el agua, y las dos sustancias permanecen en fases separadas, formando una emulsión transitoria si se agitan lo suficiente. En este tipo de mezcla, las pequeñas gotitas de aceite están dispersas en el agua, pero eventualmente se separan si se deja reposar.

En las mezclas de sólido en gas, como el polvo de talco suspendido en el aire, las partículas sólidas son tan pequeñas que pueden permanecer suspendidas durante un tiempo, pero eventualmente se depositan debido a la gravedad. Las mezclas de gas en líquido son ejemplos típicos de soluciones de gases en líquidos, como el agua carbonatada, donde el dióxido de carbono se disuelve en el agua, formando una mezcla heterogénea. Sin embargo, cuando se abre la botella, el gas tiende a escapar rápidamente, lo que demuestra la inestabilidad de la mezcla bajo ciertas condiciones.

Figura 4. La centrifugación es un método de separación que utiliza la fuerza centrífuga para dividir componentes de distinta densidad en una mezcla. Al girar rápidamente en una centrífuga, las partículas más densas se acumulan en el fondo del tubo, mientras que las menos densas quedan arriba. Se emplea en laboratorios, medicina, industria alimentaria y tratamiento de aguas.

Un caso particular de mezclas heterogéneas son los coloides, que tienen partículas de tamaño intermedio entre las de las mezclas verdaderas y las de las suspensiones. Un ejemplo común de un coloide es la leche, que es una mezcla de agua, grasas y proteínas donde las partículas de grasa están finamente dispersas en el agua. Aunque las partículas no se pueden ver a simple vista, tienen una distribución desigual y no pueden ser separadas mediante filtración. Los coloides son estables, lo que significa que las partículas no se sedimentan fácilmente.

Figura 5. La imantación es un método de separación de mezclas heterogéneas que aprovecha las propiedades magnéticas de ciertos materiales, como el hierro. Al aplicar un imán, se extrae el componente magnético, como limaduras de hierro en arena. Es útil en educación, minería y reciclaje, ya que permite separar sólidos de forma rápida, limpia y sin productos químicos.

Un aspecto importante a considerar es que las mezclas de gas en gas son siempre homogéneas, ya que los gases se difunden de manera uniforme, lo que hace que sus componentes estén distribuidos uniformemente en todas las partes de la mezcla. Esto se debe a que las moléculas de los gases se mueven libremente y tienden a distribuirse de manera equitativa, produciendo una mezcla homogénea sin importar el tipo de gas involucrado.

Figura 6. La evaporación es un método para separar un sólido disuelto de un líquido, aprovechando su diferencia en puntos de ebullición. Al aplicar calor, el líquido se transforma en vapor y el sólido queda como residuo. Se utiliza comúnmente para obtener sal del agua de mar y en laboratorios para recuperar sólidos disueltos.

En cuanto a la espontaneidad de la autoorganización de las mezclas heterogéneas, esta depende de la energía de las entidades involucradas y de la atracción gravitacional. La interacción entre las partículas puede causar que algunas mezclas se autoorganicen en diferentes fases, mientras que otras no. Este fenómeno está relacionado con la densidad de los componentes de la mezcla. Las partículas de mayor densidad tienden a asentarse en el fondo, mientras que las partículas de menor densidad flotan. Esta regla de densidad es clave para entender cómo las mezclas heterogéneas se organizan en fases, y es fundamental en procesos como la separación de líquidos con diferentes densidades.

Para separar los componentes de las mezclas heterogéneas, existen diversas técnicas, cada una basada en las propiedades físicas de los materiales como la decantación, filtración, centrifugación,  imantación y evaporación

Referencias

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Figura. Evaporación

La evaporación es una técnica de separación de mezclas homogéneas que permite separar un líquido de un sólido disuelto, aprovechando la diferencia en sus puntos de ebullición. El principio básico de este método radica en aplicar calor para provocar que el líquido se transforme en vapor, dejando el sólido en el recipiente. Este proceso no requiere equipos complejos, solo una fuente de calor constante y controlada.

Durante la evaporación, el componente líquido se evapora gradualmente al alcanzar su temperatura de ebullición, mientras que el sólido permanece como residuo. Este método se usa especialmente cuando se desea recuperar el sólido y no el líquido, ya que el vapor no se condensa ni se recupera, sino que se libera al ambiente. En este sentido, la evaporación se diferencia de otros procesos como la destilación, donde sí se busca recuperar ambos componentes.

Un ejemplo clásico y ampliamente utilizado de esta técnica es la obtención de sal común (cloruro de sodio) a partir del agua de mar. En este proceso, el agua salada se deja en grandes piscinas al sol, donde se evapora lentamente por efecto del calor solar, dejando los cristales de sal depositados en el fondo. Este método ha sido empleado desde la antigüedad y sigue siendo fundamental en muchas regiones costeras. También se usa en laboratorios para recuperar sólidos disueltos, como sulfatos o nitratos, al evaporar soluciones acuosas. En todos los casos, la evaporación es una técnica eficiente, económica y accesible, siempre que no se requiera conservar el líquido evaporado.

Figura. Imantación

La imantación es un método físico de separación de mezclas heterogéneas que aprovecha las propiedades magnéticas de ciertos materiales. Se emplea para separar componentes sólidos cuando uno de ellos posee características ferromagnéticas, es decir, responde a la atracción de un imán. Esta técnica se basa en una diferencia fundamental de propiedades físicas entre los componentes de la mezcla: la capacidad de ser atraídos por un campo magnético.

Un ejemplo clásico y educativo de imantación consiste en separar limaduras de hierro mezcladas con arena. Si se pasa un imán por encima de la mezcla, las limaduras de hierro se adhieren fácilmente al imán, mientras que la arena permanece en su lugar. Esta separación es rápida, sencilla y no requiere de reactivos químicos ni de equipos complejos. Por esta razón, la imantación es ampliamente utilizada tanto en entornos escolares como en aplicaciones industriales específicas.

Además de su utilidad en laboratorios y educación, la imantación tiene aplicaciones industriales relevantes. En la minería, por ejemplo, se utiliza para separar minerales ferrosos de la ganga o de otros materiales no magnéticos. También se aplica en la industria del reciclaje para extraer piezas metálicas de residuos sólidos urbanos. Incluso en procesos de purificación de alimentos y productos farmacéuticos, se emplean dispositivos magnéticos para eliminar fragmentos metálicos indeseados que podrían contaminar el producto final o dañar maquinaria.

La imantación es un método eficaz, limpio y económico para separar componentes de mezclas sólidas, siempre que al menos uno de ellos tenga propiedades magnéticas. Su sencillez y aplicabilidad en distintos contextos la convierten en una herramienta muy valiosa dentro de los métodos de separación mecánica de mezclas.

Figura. Centrifugación

La centrifugación es un método de separación de mezclas basado en la aplicación de la fuerza centrífuga, la cual se genera al hacer girar rápidamente un recipiente que contiene la mezcla. Este proceso permite acelerar la sedimentación de los componentes con diferente densidad, separándolos en capas de acuerdo con su masa. A diferencia de la decantación, que depende únicamente de la gravedad, la centrifugación multiplica esta fuerza mediante la rotación, lo que permite separar partículas muy pequeñas o en suspensión que tardarían mucho tiempo en sedimentar naturalmente.

Durante el proceso, la mezcla se coloca en tubos de ensayo o recipientes especiales, que se introducen en un dispositivo llamado centrífuga. Al girar a alta velocidad, las partículas más densas se mueven hacia el extremo del tubo (que queda hacia afuera en la rotación), formando un sedimento en el fondo. Al mismo tiempo, los componentes menos densos permanecen en la parte superior como sobrenadante. Esta técnica es extremadamente precisa y permite separar con eficiencia componentes muy pequeños, como células, proteínas o partículas en suspensión.

La centrifugación se utiliza ampliamente en el ámbito de la biología y la medicina. Un ejemplo clásico es la separación de los componentes de la sangre: al centrifugar una muestra sanguínea, los glóbulos rojos (más densos) se acumulan en el fondo, mientras que el plasma sanguíneo (menos denso) queda en la parte superior. Este método también se aplica en la industria alimentaria, por ejemplo, para separar la nata de la leche, y en el tratamiento de aguas residuales, donde ayuda a separar sólidos suspendidos del líquido. Gracias a su eficiencia, la centrifugación es fundamental en muchos procesos científicos, médicos e industriales donde se requieren separaciones precisas y rápidas.

Figura. Filtración.

La filtración es una técnica de separación de mezclas heterogéneas que se aplica cuando uno de los componentes es un sólido no disuelto y el otro es un líquido. Esta técnica se fundamenta en la diferencia de tamaño de partícula entre las fases: el sólido posee partículas suficientemente grandes para quedar retenidas en un material poroso o filtro, mientras que el líquido puede atravesar los poros sin dificultad. El filtro puede ser de papel, tela o incluso materiales más sofisticados como membranas sintéticas.

El procedimiento de la filtración consiste en verter lentamente la mezcla sobre el filtro, el cual está generalmente sostenido por un embudo u otro soporte. Al pasar la mezcla, las partículas sólidas quedan retenidas formando el residuo, mientras que el líquido que atraviesa el filtro se recolecta como filtrado. Este método se usa ampliamente en laboratorios y en la vida cotidiana. Por ejemplo, al preparar café con filtro, los granos molidos actúan como sólido y el agua caliente extrae los compuestos solubles, quedando las partículas no disueltas atrapadas en el filtro.

La filtración es especialmente eficaz para separar mezclas como agua y arena, agua con carbón activado, o incluso en procesos industriales como el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, no es útil cuando el sólido está disuelto en el líquido (como en el caso de la sal disuelta en agua), ya que las soluciones homogéneas requieren otros métodos como la evaporación o la destilación.

La filtración es una técnica simple, accesible y muy versátil que permite separar fases sólidas y líquidas en una mezcla, con una clara aplicación tanto en contextos científicos como domésticos.

Figura. Decantación

La decantación es uno de los métodos más sencillos y prácticos para separar mezclas, especialmente cuando los componentes tienen diferencias significativas en su densidad. Este proceso se fundamenta en la propiedad de que las partículas más densas tienden a sedimentar, es decir, a depositarse en el fondo debido a la fuerza de gravedad, mientras que el componente menos denso permanece en la parte superior de la mezcla. Así, después de un tiempo de reposo, la mezcla se estratifica en dos fases claramente diferenciadas: un sólido sedimentado o una fase más densa en el fondo, y un líquido más ligero que queda en la superficie.

El procedimiento básico de la decantación consiste en dejar reposar la mezcla en un recipiente adecuado durante un tiempo suficiente para que el componente más pesado se asiente en el fondo. Posteriormente, se vierte cuidadosamente el líquido que se encuentra encima, procurando no perturbar el sedimento. Este método es muy eficaz para separar mezclas sólido-líquido, por ejemplo, para extraer agua clara de una mezcla que contiene partículas sólidas en suspensión, como barro, arena o lodo.

La decantación también se puede aplicar en mezclas líquido-líquido cuando existe una diferencia de densidad significativa entre los líquidos involucrados. Un ejemplo común es la separación de agua y aceite, donde el aceite, siendo menos denso, flota sobre el agua, permitiendo que se puedan separar por medio de este procedimiento. Sin embargo, la decantación no es adecuada para mezclas con partículas muy finas o con densidades similares, ya que en esos casos el tiempo de sedimentación sería excesivo o los componentes se mezclarían nuevamente al verter el líquido.

En resumen, la decantación es una técnica simple y económica que aprovecha la diferencia de densidad y la acción de la gravedad para separar fases de una mezcla, principalmente sólido-líquido, y en algunos casos líquido-líquido, siendo ampliamente utilizada en laboratorios, industrias y actividades cotidianas.

Figura. Identificando mezclas heterogéneas

La identificación de una mezcla heterogénea depende principalmente de la capacidad de distinguir sus componentes a simple vista. Si puedes observar y diferenciar claramente las distintas partículas o fases dentro de la mezcla sin necesidad de instrumentos especiales, se trata de una mezcla heterogénea. Por ejemplo, una mezcla de arena y agua o una ensalada son evidentes porque sus partes mantienen sus propiedades físicas individuales y no se combinan uniformemente. Esta distinción visual es fundamental, ya que en las mezclas heterogéneas cada componente conserva su identidad y no se integra completamente en la otra sustancia.

Es importante aclarar que para clasificar una mezcla como heterogénea, solo la vista es el sentido válido para identificar la separación de sus componentes. Si es necesario recurrir al olfato o al gusto para detectar diferencias, entonces la mezcla está mucho más integrada y sería considerada una mezcla homogénea. En las mezclas homogéneas, las sustancias están distribuidas de manera uniforme y no se pueden distinguir las partes a simple vista. Por lo tanto, la percepción sensorial más allá de la vista no es necesaria para determinar la heterogeneidad.

Finalmente, las mezclas heterogéneas presentan fases diferenciadas, es decir, regiones con propiedades físicas distintas dentro de la misma muestra, que pueden ser visibles a simple vista. Estas fases pueden involucrar sólidos, líquidos o gases que coexisten sin fusionarse completamente. Esta característica permite clasificar claramente una mezcla como heterogénea, en contraste con las mezclas homogéneas, que muestran una apariencia uniforme y cuyos componentes están completamente integrados a nivel molecular, sin separación visual.

Que es el átomo químico

[Propiedades de las disoluciones] Sección 1. Conceptos clave [La materia] [Mezclas heterogéneas] Otros conceptos [Que es el átomo químico] [Suspensiones contaminantes]

En química, hablar del "átomo químico" no es simplemente referirse a la entidad física que la física nuclear estudia en profundidad. Se trata de una construcción conceptual particular, creada y afinada para resolver problemas y explicar fenómenos propios del campo químico: la estructura de la materia, las reacciones químicas, y, como veremos en este capítulo, las propiedades coligativas de las disoluciones. A lo largo de la historia, diversos modelos atómicos han sido propuestos para explicar qué es la materia, pero en la práctica química usamos principalmente dos tipos de representaciones atómicas funcionales: el átomo daltoniano y el átomo de Thomson (modificado).

Ambos modelos no se contradicen, sino que cumplen roles didácticos y conceptuales complementarios. El modelo de Dalton, por ejemplo, es esencialmente un modelo particulado, útil para razonar con las sustancias como conjuntos de partículas discretas, ya sean átomos o moléculas. En este sentido, el átomo de Dalton se representa como esferas indivisibles que componen la materia. Cuando hablamos del gas oxígeno, lo representamos como O₂, dos esferas unidas; cuando tratamos con agua, representamos H₂O como un conjunto de tres esferas: dos pequeñas (hidrógenos) y una más grande (oxígeno), vinculadas entre sí. Este tipo de representación no intenta explicar los detalles internos del átomo, sino permitirnos visualizar qué partículas hay, en qué proporciones, y cómo interactúan.

Figura 1. El modelo de Dalton sigue siendo útil para representar fenómenos moleculares como las vibraciones, la organización de la materia y los estados de agregación. Su enfoque particulado permite visualizar átomos como esferas que se combinan, se mueven y se reorganizan, facilitando la comprensión de reacciones, mezclas y proporciones sin recurrir a modelos cuánticos, manteniéndose vigente como herramienta didáctica esencial.

En las mezclas homogéneas, por ejemplo, este modelo nos permite imaginar cómo se distribuyen las partículas del soluto entre las del disolvente. En las propiedades coligativas, como el descenso en la presión de vapor o el aumento ebulloscópico, nos basta con contar cuántas partículas hay disueltas, sin importar de qué tipo sean, lo cual encaja perfectamente con la visión daltoniana de contar esferas.

Sin embargo, hay procesos químicos —en especial las reacciones de disolución de electrolitos y las transferencias de carga— que no pueden explicarse bien sin hablar de electrones. Y aquí es donde entra el segundo modelo que usamos: el modelo de Thomson. A pesar de que suele enseñarse como un modelo superado, el átomo de Thomson conserva una vigencia didáctica particular en química, porque introduce por primera vez al electrón dentro de un marco químico funcional.

Figura 2. John Dalton (1766–1844) fue un científico inglés autodidacta que revolucionó la química al proponer en 1803 la teoría atómica moderna: toda materia está formada por átomos indivisibles, los de un mismo elemento son iguales, y los compuestos se forman en proporciones fijas. También estudió el daltonismo, que él mismo padecía. Su legado perdura en la ciencia, y su nombre se honra en la unidad de masa atómica "dalton" (u), clave para medir masas atómicas y moleculares.

En el modelo original de Thomson (1897), el átomo se visualiza como una esfera cargada positivamente dentro de la cual se incrustan electrones negativos, como pasas dentro de un pudín. Aunque no se trata de una imagen física realista, sí nos permite introducir la idea de la carga eléctrica dentro del átomo, algo crucial para entender los iones y las reacciones ácido-base o de precipitación.

Cuando en química usamos los símbolos de los elementos (Na, Cl, Ca, etc.), lo que en realidad estamos haciendo es una versión modificada del modelo de Thomson. La esfera desaparece, y es reemplazada por el símbolo del elemento, pero los electrones se siguen "escondiendo" en su interior, al igual que en el modelo original. Así, cuando un átomo de sodio pierde un electrón, lo representamos como Na⁺; si un átomo de cloro gana un electrón, se convierte en Cl⁻. Esta notación nos permite rastrear los movimientos de carga en las reacciones, sin necesidad de recurrir aún a orbitales ni configuraciones electrónicas.

Esta dualidad representacional —el modelo particulado de Dalton y el modelo cargado de Thomson— es suficiente para explicar una enorme cantidad de fenómenos en química general. Desde la disolución de una sal en agua hasta la formación de un precipitado, pasando por la conducción eléctrica de soluciones o la presión osmótica, estas dos nociones de átomo nos bastan para interpretar la materia desde un punto de vista químico operativo.

Tomemos como ejemplo el fenómeno del descenso crioscópico, una propiedad coligativa por la cual el punto de congelación de un disolvente disminuye al agregarle un soluto. Si consideramos una solución de NaCl en agua, el modelo de Dalton nos permite ver cómo se incrementa el número de partículas al disolverse (ya que NaCl produce dos iones), y el modelo de Thomson nos permite visualizar las cargas de estos iones, esenciales para entender por qué afectan la estructura del hielo o la conducción eléctrica.

Este uso combinado de modelos también es útil en el análisis de procesos contaminantes o de control de calidad industrial. Por ejemplo, en el caso del alcohol adulterado, es crucial identificar los iones presentes, sus cargas, y sus proporciones. Esto puede realizarse sin tener que explicar aún los enlaces químicos a nivel orbital, simplemente aplicando los principios del modelo de Thomson (carga y transferencia electrónica) sobre el esquema de Dalton (conteo de partículas).

Por todo esto, el "átomo químico" que manejamos en los primeros niveles de enseñanza no es un objeto físico completo, sino un instrumento de representación. Nos permite modelar, explicar, predecir y comunicar procesos sin entrar todavía en la física cuántica o en modelos espectroscópicos complejos. Con estos dos modelos, podemos resolver problemas cuantitativos y cualitativos con un lenguaje accesible y coherente.

Más adelante, cuando abordemos el átomo moderno en el capítulo correspondiente, incorporaremos los conceptos de orbitales, niveles de energía y enlaces covalentes. Pero por ahora, para estudiar la materia, sus reacciones básicas y las propiedades de las disoluciones, el átomo químico dual de Dalton y Thomson —en su versión representacional adaptada— constituye una herramienta poderosa, suficiente y operativa.

En resumen, el átomo químico que usamos en este curso no es una entidad única, sino una herramienta conceptual flexible. El modelo de Dalton nos da partículas que podemos contar, visualizar y combinar. El de Thomson nos da electrones que se esconden, se pierden o se ganan, y con eso, construimos una química que explica tanto lo visible como lo invisible, lo cotidiano como lo abstracto. Así, la química se convierte en un lenguaje que describe la transformación del mundo desde sus componentes más pequeños

Referencias

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Sinclair, S. B. (1987). JJ Thomson and the chemical atom: from ether vortex to atomic decay. Ambix, 34(2), 89-116.

Taber, K. S. (2003). The atom in the chemistry curriculum: Fundamental concept, teaching model or epistemological obstacle?. Foundations of Chemistry, 5, 43-84.

Figura. Jhon Dalton

John Dalton (1766–1844) fue un científico inglés cuya obra sentó las bases de la teoría atómica moderna, una de las piedras angulares de la química actual. Nacido en una modesta familia cuáquera en Cumberland, Inglaterra, Dalton creció en un entorno de escasos recursos económicos, pero su determinación y curiosidad intelectual lo convirtieron en un autodidacta excepcional. A una edad temprana comenzó a enseñar matemáticas y filosofía natural, y más adelante se convirtió en miembro destacado de varias instituciones científicas.

Aunque sus intereses científicos abarcaron múltiples disciplinas —como la meteorología, donde registró observaciones climáticas diarias durante más de 50 años, y la física, donde estudió la expansión de los gases—, su aporte más trascendental lo hizo en el campo de la química. En 1803, Dalton propuso que toda materia está compuesta por partículas indivisibles llamadas átomos, que los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y propiedades, y que los compuestos químicos se forman mediante combinaciones de estos átomos en proporciones fijas y simples.

Esta idea no solo organizó los conocimientos químicos existentes, sino que también permitió predecir fenómenos, establecer leyes cuantitativas y estructurar la estequiometría. Aunque hoy sabemos que los átomos pueden dividirse en partículas subatómicas, el modelo de Dalton sigue siendo fundamental para explicar numerosos procesos desde una perspectiva particulada y operativa.

Además de su labor teórica, Dalton fue uno de los primeros científicos en estudiar el daltonismo, un trastorno de la percepción del color que él mismo padecía. Su trabajo en este campo lo llevó a describir científicamente la condición, que hoy lleva su nombre.

El legado de John Dalton permanece vivo en la ciencia. En su honor, se denomina "dalton" (símbolo: u) a la unidad de masa atómica, que representa aproximadamente la masa de un protón o neutrón, y es fundamental en la medición de masas atómicas y moleculares.

Figura. Modelos de esferas daltonianas.

Los modelos de Dalton siguen siendo vigentes en la química contemporánea, especialmente para representar de forma clara y operativa fenómenos moleculares como las vibraciones moleculares, la organización de la materia y los procesos de mezcla y reacción a nivel macroscópico. Aunque el modelo atómico de Dalton fue propuesto a principios del siglo XIX, su enfoque particulado —en el cual la materia está compuesta por esferas indivisibles llamadas átomos— ofrece una herramienta visual poderosa para introducir a los estudiantes y a los profesionales en la comprensión de muchos procesos químicos sin necesidad de recurrir de inmediato a modelos más complejos basados en la mecánica cuántica.

Por ejemplo, en el estudio de vibraciones moleculares, como las que se observan en el agua o en el dióxido de carbono, los átomos pueden representarse como esferas conectadas por resortes que simulan los enlaces. Este modelo mecánico simple permite visualizar cómo las moléculas oscilan, se doblan o se estiran, lo cual es fundamental para entender fenómenos como la absorción de radiación infrarroja o el calentamiento global.

En cuanto a la organización de la materia, el modelo de Dalton es útil para representar estados de agregación, distribuciones de partículas en mezclas homogéneas o heterogéneas, y transformaciones físicas como la evaporación o la disolución. La representación mediante esferas facilita también la comprensión de conceptos clave como la conservación de la masa, la estequiometría, y las proporciones definidas y múltiples en las combinaciones químicas.

Así, el modelo de Dalton no es solo un vestigio histórico, sino una herramienta didáctica activa. Su simplicidad conceptual y visual permite razonar con eficacia sobre la materia en contextos donde no es necesario aún introducir orbitales, estructuras electrónicas o niveles energéticos.