Sistemas heterogéneos: métodos de separación de fases

Al realizar actividades industriales, domésticas, agrarias, de investigación, y otras, frecuentemente nos vemos en la necesidad de separar las fases de sistemas heterogéneos.

Por ejemplo, al realizar la toma de agua del río para su potabilización, se deben separar las ramas, bolsas de nylon, las hojas, arena, etc.

En la cocina también se realiza separación de fases. Del huevo crudo separamos la clara de la yema. En la preparación de café, se separa la parte sólida de la líquida. Al preparar una torta es frecuente tamizar (cernir) los ingredientes secos.

Cerniendo harina

Existen diferentes métodos para separar las fases de un sistema heterogéneo. Estos métodos se basan en las propiedades físicas de las fases del sistema, como por ejemplo la densidad, el diferente tamaño de los gránulos en sistemas sólidos, propiedades magnéticas, volatilidad, etc.

Métodos de separación de fases
Explicaremos algunos métodos de separación de fases aplicados a sistemas de dos fases (difásicos). Con estos conocimientos, es posible elegir los métodos, y el orden adecuado,  para separar las fases de sistemas polifásicos.

Tamización
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por dos fases sólidas granuladas, donde los gránulos de una fase tienen diferente tamaño que los gránulos de la otra fase.

Ejemplo
Sistema formado por arena y pedregullo.

Materiales necesarios
Tamiz, criba o cernidor.

Tamiz

Fundamento
Los orificios del tamiz son suficientemente grandes para dejar pasar a través de ellos los gránulos de la fase sólida pulverizada, pero son lo suficientemente pequeños para retener los gránulos de mayor tamaño de la otra fase.

Tamización

 

Decantación
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por dos fases líquidas (no miscibles).

Ejemplo
Sistema formado por agua y aceite.

Materiales necesarios
Embudo de decantación,vaso de bohemia, soporte.

Embudo de decantación

Fundamento
El embudo de decantación está diseñado para que el sistema colocado en él permanezca en reposo, permitiendo así la separación de las fases líquidas. La fase de mayor densidad, queda en el fondo y al abrir la llave de paso saldrá primero. La llave deberá cerrarse cuando se llegue al límite interfásico.

Decantación

Sedimentación
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por una fase sólida pulverizada que se encuentra en suspensión en una fase líquida.

Ejemplo
Sistema formado por talco y agua.


Materiales necesarios
Cualquier recipiente, por ejemplo un vaso de bohemia.

Fundamento
La fase sólida finamente dividida al ser más densa que la fase líquida, se irá depositando en el fondo del recipiente debido a la fuerza de atracción gravitatoria.

Sedimentación

El método es lento y poco preciso: para lograr la separación de las fases, hay que inclinar el recipiente y trasvasar la fase líquida superior, intentando que la fase sólida no caiga.

Filtración
Aplicación
Se aplica a sistemas similares a los descritos en el método anterior; es decir, con una fase sólida pulverizada en suspensión en una fase líquida.

Ejemplo
Sistema formado por azufre y agua.

Materiales necesarios
Papel de filtro (u otro material poroso: algodón, tela, cerámica, vidrio sinterizado), soporte, embudo, vaso de bohemia y varilla de vidrio.

Papel de filtro

Fundamento
El material poroso permite que la fase líquida pase a través de los poros pero retiene a la fase sólida aunque esté finamente pulverizada.

Filtración

Centrifugación
Aplicación
Se aplica sistemas formados por una fase líquida y una fase sólida en suspensión.


Ejemplo
Sistema formado por talco y agua.

Materiales necesarios
Centrífuga, tubos de centrífuga.

Centrífuga

Tubos de centrífuga

Fundamento
Este método utiliza una centrífuga que acelera el proceso sedimentación. Mediante el movimiento de rotación, la fase sólida, de mayor densidad, se deposita en el fondo del tubo de centrífuga, quedando compactada y eficazmente separada de la fase líquida.
Luego se inclina el tubo y se transvasa el líquido a otro recipiente. Este método se basa en el concepto de fuerza centrífuga.

Imantación
Aplicación
Se aplica a sistemas formados por dos fases sólidas, donde una de ellas tiene propiedades magnéticas.

Ejemplo
Sistema formado por arena y limaduras de hierro.

Materiales necesarios
Imán y un recipiente.


Fundamento
Se logra separar fácilmente ambas fases utilizando un imán, porque una de las fases tiene la propiedad de ser atraída por él y la otra no.

Imantación

Otros métodos de separación de fases
Con el sistema formado por yodo sólido y arena es posible analizar dos métodos más para separar sus fases.

Sublimación
Este método se fundamenta en la propiedad del yodo de sublimar (pasar del estado sólido al estado gaseoso). El yodo en forma de vapor, al encontrar una superficie a menor temperatura, se deposita en la forma de pequeños cristales. La arena queda en el fondo del recipiente.

Separación de fases por sublimación: el yodo sublima, la arena permanece en el fondo del recipiente.

Disolución selectiva
Este método se aplica para separar sistemas formados por dos sólidos con diferente solubilidad en un líquido determinado.
Por ejemplo el sistema yodo-arena.
En este caso, podemos aprovechar que el yodo tiene la propiedad de ser soluble en alcohol (etanol) y la arena no. Entonces al agregar alcohol al sistema, el yodo queda disuelto en él y la arena se deposita en el fondo del recipiente.
Luego, mediante filtración, se separa la arena de la fase líquida (yodo disuelto en alcohol) y por último se evapora el alcohol y se recupera el yodo.

Aclaración: No se confundan, el líquido que se agrega para hacer la disolución no forma parte del sistema original, es un "medio" que utilizamos para separar las fases del sistema disolviéndolas selectivamente. El líquido agregado se evapora al final para recuperar la fase sólida que se disolvió en él.

Yodo disuelto en alcohol. Como la arena no se disuelve en alcohol, queda en el fondo del recipiente.

Fuente: "Todo se transforma". Saravia, Segurola, Nassi. Editorial Contexto.