Decantación

La decantación es un método físico utilizado para la separación de mezclas heterogéneas, el cual se usa para separar un sólido de uno o dos líquidos de diferente densidad.

Es un proceso importante en el tratamiento de las aguas residuales.

No debe ser confundida con la separación gravitatoria, que es la separación por gravedad de los sólidos suspendidos en el agua (como la arena y la materia orgánica).

Existen diferentes tipos de decantación:

  • Decantación sólido-líquido: Se utiliza cuando un componente sólido se encuentra en suspensión en un líquido.
  • Decantación líquido-líquido: se separan líquidos que no pueden mezclarse y tienen densidades diferentes; el líquido más denso se acumula en la parte inferior del sistema. En el laboratorio se usa un embudo de bromo, también conocido como embudo de decantación, o incluso, embudo de separación.

En un sistema formado por agua y aceite, por ejemplo, el agua, por ser más densa, se ubica en la parte inferior del embudo y está separada, abriendo una llave de paso de forma controlada.

Filtración

Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión a través de un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo o filtro. En una suspensión de un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad.

Generalmente al medio mecánico poroso es usado para la separación mecánica que se le llama filtros, tamices, cedazos y criba o popularmente: mallas o telas.

Generalmente se utiliza el término filtrar cuando nos referimos a la separación mecánica de partículas de menor tamaño que coloidal, (colar o tamizar cuando son partículas mayores), o que no se ven a simple vista.

Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos de la actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas químicas.

La filtración se ha desarrollado tradicionalmente desde un estudio de arte práctico, recibiendo una mayor atención teórica desde el siglo xx. La clasificación de los procesos de filtración y los equipos es diverso y en general, las categorías de clasificación no se excluyen unas de otras.

La variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los empleados en las industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.

Evaporación

La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrarse, la cantidad de materia gaseosa se define como la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa: eso es la evaporación. Cuando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición.1​En hidrología, la evaporación es una de las variables hidrológicas importantes al momento de establecer el balance hídrico de una determinada cuenca hidrográfica o parte de esta. En este caso, se debe distinguir entre la evaporación desde superficies libres y la evaporación desde el suelo. La evaporación de agua es importante e indispensable en la vida, ya que el vapor de agua, al condensarse se transforma en nubes y vuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.

Vista como una operación unitaria, la evaporación es utilizada para eliminar el vapor formado por ebullición de una solución o suspensión líquida.

Cristalización

Se conoce como cristalización a un proceso químico en el que se transforma un gas, un líquido o una disolución, en un conjunto de cristales sólidos. Dichos cristales consisten en un conjunto ordenado de enlaces moleculares rígidos, puros en su naturaleza elemental, de modo que la cristalización puede ser empleada para separar los ingredientes de alguna mezcla homogénea.

La cristalización se puede llevar a cabo mediante métodos diversos, que van desde la alteración selectiva de las condiciones físicas de temperatura o de presión, así como la adición de ciertas sustancias químicas. La forma, el tamaño y la calidad de los cristales así obtenidos va a depender de las condiciones puntuales en que ocurra el proceso y del tiempo durante el cual se lo deje ocurrir.

Los cristales obtenidos mediante este método son formaciones sólidas, dotados de un patrón muy bien definido de difracción. Dependiendo del elemento y de las condiciones en que ocurra la cristalización, éstos tendrán una u otra forma, y podrán tener color, transparencia y otras propiedades químicas.

Los cristales son comunes en la naturaleza mineral y se clasifican de acuerdo a sus propiedades en: cristales sólidos, cristales luminosos, cristales iónicos,
cristales covalentes, cristales moleculares y cristales metálicos.

Centrifugación

La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad por medio de una fuerza giratoria. La fuerza centrífuga es provista por una máquina llamada centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad.

Los componentes más densos de la mezcla se desplazan fuera del eje de rotación de la centrífuga, mientras que los componentes menos densos de la mezcla se desplazan hacia el eje de rotación.1​ De esta manera los químicos y biólogos pueden aumentar la fuerza de gravedad efectiva en un tubo de ensayo para producir una precipitación del sedimento en la base del tubo de ensayo de manera más rápida y completa.

Tipos de centrifugación

  • Centrifugación diferencial: Se basa en la diferencia en la velocidad de sedimentación de las moléculas.​ Esta diferencia debe ser grande para que sea observada al centrifugar. Las partículas que posean densidades similares sedimentarán juntas. Este método es inespecífico, por lo que se usa como centrifugación preparativa para separar componentes en la mezcla (por ejemplo, para separar mitocondrias de núcleos y membrana) pero no es útil para separar moléculas.
  • Centrifugación isopícnica: Partículas con el mismo coeficiente de sedimentación se separan al usar medios de diferente densidad. Se usa para la separación de ADN con mucha frecuencia.
  • Centrifugación zonal: Las partículas se separan por la diferencia en la velocidad de sedimentación a causa de la diferencia de masa de cada una. La muestra se coloca encima de un gradiente de densidad preformado. Por la fuerza centrífuga las partículas sedimentan a distinta velocidad a través del gradiente de densidad según su masa. Se debe tener en cuenta el tiempo de centrifugación ya que si se excede, todas las moléculas podrían sedimentar en el fondo del tubo de ensayo.
  • Ultracentrifugación: Permite estudiar las características de sedimentación de estructuras subcelulares (lisosomas, ribosomas y microsomas) y biomoléculas. Utiliza rotores (fijos o de columpio) y sistemas de monitoreo. Existen diferentes maneras de monitorear la sedimentación de las partículas en la ultracentrifugación, el más común de ellos mediante luz ultravioleta o interferómetros.

Imantación

La imantación o imanación es una cantidad vectorial que también se conoce como vector intensidad de magnetización. Se denota como M y se define como el momento magnético m por unidad de volumen V. Matemáticamente se expresa del siguiente modo:

M = dm / dV

Las unidades de M en el Sistema Internacional de Unidades SI son ampere/metro, las mismas que las del campo magnético H. La notación en letra negrita es para señalar que se trata de vectores y no de escalares.

Ahora bien, el momento magnético de un material o sustancia es la manifestación del movimiento de las cargas eléctricas en el interior átomo, fundamentalmente el del electrón.

En principio, el electrón dentro del átomo puede imaginarse como un diminuto circuito cerrado de corriente, mientras describe una órbita circular alrededor del núcleo. En realidad el electrón no se comporta de esta forma de acuerdo al modelo mecano-cuántico del átomo, pero coincide con este en cuanto se refiere al efecto magnético.

Además, el electrón posee un efecto espín, análogo a una rotación sobre sí mismo. Este segundo movimiento produce una contribución aún más importante al magnetismo total del átomo.

Cuando un material se coloca dentro de un campo magnético externo, los momentos magnéticos de ambas contribuciones se alinean y crean un campo magnético en el interior del material.

Tamizado

El tamizado o cribado es un método mecánico para separar dos sólidos formados por partículas de tamaños diferentes. Consiste en pasar una mezcla de partículas de diferentes tamaños por un tamiz, criba o herramienta de colador (en función del uso podrán ser metálicos, vegetales -tejidos- o de nailon). Las partículas de menor tamaño atraviesan el filtro por los poros, y las de mayor tamaño quedan retenidas. Un ejemplo de tamizado es el realizado con el cedazo (que cuando es muy tupido puede llamarse también tamiz) utilizado para la determinación de curvas granulométricas en varios materiales. En los laboratorios de suelos se utilizan series estandarizadas de tamices.

El cribado o tamizado es un método ancestral y elemental usado en la mezclas de sólidos heterogéneos. Los orificios del tamiz suelen ser de diferentes tamaños y se utilizan de acuerdo al grueso de las partículas de una solución homogénea. Para aplicar el método de la tamización es necesario que los materiales se presenten al estado sólido. Se utilizan tamices de metal o plástico, que retienen las partículas de mayor tamaño y dejan pasar las de menor diámetro.

Sublimación

Se define como sublimación al acto y consecuencia de sublimar (es decir, pasar de forma directa del estado sólido al de vapor o engrandecer, resaltar o ensalzar a alguien o algo).

Para la química, la sublimación (fenómeno también definido como volatilización) es el procedimiento que se basa en modificar el estado sólido de un material por el de estado gaseoso, sin necesidad de llevarlo hacia el estado líquido. El concepto también permite nombrar al método opuesto (el traspaso directo entre el estado gaseoso y el sólido), aunque es más habitual que se hable de sublimación inversa o cristalización.

La sublimación se hace presente en el ciclo del agua, que puede encontrarse en estado sólido (hielo), líquido (los océanos) o gaseoso (vapor). El ciclo hidrológico se desarrolla a partir de la radiación del sol y de la fuerza gravitatoria: el sol hace que el agua de los océanos se transforme en vapor y pase a la atmósfera, hasta que vuelve a sus fases líquidas o sólidas a través de las precipitaciones (lluvia, nieve). El agua también llega al estado gaseoso por la sublimación de su estado sólido.

El hielo seco es un ejemplo de sustancia capaz de sublimarse. La purificación del azufre y del yodo también supone un proceso de sublimación. Se conoce como presión de vapor o saturación a la presión en la que, ante una temperatura dada, la fase sólida (o líquida) y la fase de vapor alcanzan un equilibrio o armonía dinámica.

Destilación

La destilación es el proceso de separar los componentes o sustancias de una mezcla líquida mediante el uso de la ebullición selectiva y la condensación. La destilación puede resultar en una separación esencialmente completa (componentes casi puros), o puede ser una separación parcial que aumenta la concentración de los componentes seleccionados en la mezcla. En cualquier caso, el proceso explota las diferencias en la volatilidad de los componentes de la mezcla. En química industrial, la destilación es una operación unitaria de importancia prácticamente universal, pero es un proceso de separación física, no una reacción química.

La destilación tiene muchas aplicaciones. Por ejemplo:

  • La destilación de productos fermentados produce bebidas destiladas con un alto contenido de alcohol o separa otros productos de fermentación de valor comercial.
  • La destilación es un método eficaz y tradicional de desalinización.
  • En la industria de los combustibles fósiles, la estabilización del petróleo es una forma de destilación parcial que reduce la presión de vapor del petróleo crudo, lo que lo hace seguro para el almacenamiento y el transporte, además de reducir las emisiones a la atmósfera de hidrocarburos volátiles. En las operaciones intermedias en las refinerías de petróleo, la destilación es una clase importante de operaciones para transformar petróleo crudo en combustibles y materias primas químicas.
  • La destilación criogénica conduce a la separación del aire en sus componentes, especialmente oxígeno, nitrógeno y argón, para uso industrial.
  • En el campo de la química industrial, se destilan grandes cantidades de productos líquidos crudos de síntesis química para separarlos, ya sea de otros productos, de impurezas o de materiales de partida sin reaccionar.

Una instalación utilizada para la destilación, especialmente de bebidas destiladas, se llama destilería. El equipo de destilación en una destilería es un alambique.