Mezcla

En química, una mezcla es un material formado por dos o más sustancias químicas diferentes que no están unidas químicamente. Una mezcla es la combinación física de dos o más sustancias en las que se conservan las identidades y se mezclan en forma de soluciones, suspensiones y coloides.

Las mezclas son un producto de mezclar o mezclar mecánicamente sustancias químicas tales como elementos y compuestos, sin unión química u otro cambio químico, de modo que cada ingrediente conserva sus propias propiedades químicas y composición. A pesar de que no hay cambios químicos en sus componentes, las propiedades físicas de una mezcla, como su punto de fusión, pueden diferir de las de los componentes. Algunas mezclas se pueden separar en sus componentes utilizando medios físicos (mecánicos o térmicos). Los azeótropos son un tipo de mezcla que suele presentar considerables dificultades en cuanto a los procesos de separación necesarios para la obtención de sus constituyentes (procesos físicos, químicos o, incluso, una mezcla de los mismos).

Características de las mezclas

Todas las mezclas se pueden caracterizar por ser separables por medios mecánicos (por ejemplo, purificación, destilación, electrólisis, cromatografía, calor, filtración, clasificación gravitacional, centrifugación). Las mezclas difieren de los compuestos químicos de las siguientes maneras:

• las sustancias de una mezcla pueden separarse mediante métodos físicos como la filtración, la congelación y la destilación;
• hay poco o ningún cambio de energía cuando se forma una mezcla (ver Entalpía de mezcla);
• Las sustancias en una mezcla mantienen sus propiedades por separado.

En el ejemplo de la arena y el agua, ninguna de las dos sustancias cambió de ninguna manera cuando se mezclaron. Aunque la arena está en el agua sigue manteniendo las mismas propiedades que tenía cuando estaba fuera del agua;

• las mezclas tienen composiciones variables, mientras que los compuestos tienen una fórmula fija y definida;
• cuando se mezclan, las sustancias individuales mantienen sus propiedades en una mezcla, mientras que si forman un compuesto, sus propiedades pueden cambiar.

La siguiente tabla muestra las principales propiedades y ejemplos de todas las posibles combinaciones de fases de las tres "familias" de mezclas:

Mezclas homogeneas y heterogeneas

Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas: una mezcla en la que los componentes se distribuyen uniformemente, como la sal en el agua, se denomina homogénea, mientras que una mezcla cuyos componentes están claramente separados unos de otros, como la arena en el agua, se denomina heterogénea.

Además, " mezcla uniforme" es otro término para mezcla homogénea y " mezcla no uniforme" es otro término para mezcla heterogénea. Estos términos se derivan de la idea de que una mezcla homogénea tiene una apariencia uniforme, o solo una fase visible, porque las partículas están distribuidas uniformemente. Sin embargo, una mezcla heterogénea tiene una composición no uniforme y sus sustancias constituyentes se distinguen fácilmente unas de otras (a menudo, pero no siempre, en diferentes fases).

Varias sustancias sólidas, como la sal y el azúcar, se disuelven en agua para formar un tipo especial de mezcla homogénea llamada solución, en la que hay tanto un soluto (sustancia disuelta) como un disolvente (medio de disolución). El aire también es un ejemplo de una solución: una mezcla homogénea de disolvente de nitrógeno gaseoso, en la que se disuelven oxígeno y cantidades más pequeñas de otros solutos gaseosos. Las mezclas no están limitadas ni en el número de sustancias ni en las cantidades de esas sustancias, aunque en una mezcla homogénea la proporción de soluto a disolvente solo puede alcanzar un cierto punto antes de que la mezcla se separe y se vuelva heterogénea.

Una mezcla homogénea se caracteriza por la dispersión uniforme de sus sustancias constituyentes por todas partes; las sustancias existen en igual proporción en todas partes dentro de la mezcla. Dicho de otra manera, una mezcla homogénea será la misma sin importar en qué parte de la mezcla se tome la muestra. Por ejemplo, si una solución sólido-líquido se divide en dos mitades de igual volumen, las mitades contendrán cantidades iguales tanto del medio líquido como del sólido disuelto (disolvente y soluto).

En la química física y la ciencia de los materiales, "homogéneo" describe más estrechamente las sustancias y mezclas que se encuentran en una sola fase.

Solución

Una solución es un tipo especial de mezcla homogénea donde la proporción de soluto a solvente permanece igual en toda la solución y las partículas no son visibles a simple vista, incluso si se homogeneizan con múltiples fuentes. En las soluciones, los solutos no se asentarán después de un período de tiempo y no se pueden eliminar mediante métodos físicos, como un filtro o una centrífuga. Como mezcla homogénea, una solución tiene una fase (sólido, líquido o gas), aunque la fase del soluto y el solvente pueden haber sido inicialmente diferentes (p. ej., agua salada).

Gases

Los gases exhiben con mucho el mayor espacio (y, en consecuencia, las fuerzas intermoleculares más débiles) entre sus átomos o moléculas; Dado que las interacciones intermoleculares son minúsculas en comparación con las de los líquidos y los sólidos, los gases diluidos forman muy fácilmente soluciones entre sí. El aire es uno de esos ejemplos: se puede describir más específicamente como una solución gaseosa de oxígeno y otros gases disueltos en nitrógeno (su componente principal).

Distinguir entre tipos de mezcla

Hacer una distinción entre mezclas homogéneas y heterogéneas es una cuestión de escala de muestreo. En una escala suficientemente gruesa, se puede decir que cualquier mezcla es homogénea, si se permite que todo el artículo cuente como una "muestra" de la misma. En una escala lo suficientemente fina, se puede decir que cualquier mezcla es heterogénea, porque una muestra podría ser tan pequeña como una sola molécula. En términos prácticos, si la propiedad de interés de la mezcla es la misma independientemente de qué muestra se tome para el examen utilizado, la mezcla es homogénea.

La teoría de muestreo de Gy define cuantitativamente la heterogeneidad de una partícula como:

donde{ estilo de visualización h_ {i}},{displaystyle c_{i}},{displaystyle c_{text{lote}}},{ estilo de visualización m_ {i}}, y{displaystyle m_{text{promedio}}}son respectivamente: la heterogeneidad de los{ estilo de visualización i}partícula de la población, la concentración de masa de la propiedad de interés en el{ estilo de visualización i}partícula de la población, la concentración de masa de la propiedad de interés en la población, la masa de la{ estilo de visualización i}th partícula en la población, y la masa promedio de una partícula en la población.

Durante el muestreo de mezclas heterogéneas de partículas, la varianza del error de muestreo generalmente es distinta de cero.

Pierre Gy derivó, del modelo de muestreo de Poisson, la siguiente fórmula para la varianza del error de muestreo en la concentración de masa en una muestra

donde V es la varianza del error de muestreo, N es el número de partículas en la población (antes de que se tomara la muestra), q _i es la probabilidad de incluir la i -ésima partícula de la población en la muestra (es decir, la primera- probabilidad de inclusión de orden de la i -ésima partícula), m _i es la masa de la i -ésima partícula de la población y ai _es la concentración de masa de la propiedad de interés en la i -ésima partícula de la población.

La ecuación anterior para la varianza del error de muestreo es una aproximación basada en una linealización de la concentración de masa en una muestra.

En la teoría de Gy, el muestreo correcto se define como un escenario de muestreo en el que todas las partículas tienen la misma probabilidad de ser incluidas en la muestra. Esto implica que q _i ya no depende de i, y por lo tanto puede ser reemplazado por el símbolo q. La ecuación de Gy para la varianza del error de muestreo se convierte en:

donde un _lote es la concentración de la propiedad de interés en la población de la que se va a extraer la muestra y M _lote es la masa de la población de la que se va a extraer la muestra.