En química , una mezcla es un material formado por dos o más sustancias químicas diferentes que no están unidas químicamente. [1] 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 . [2] [3]
Las mezclas son un producto de combinar o mezclar mecánicamente sustancias químicas, como elementos y compuestos , sin enlaces químicos u otros cambios químicos, de modo que cada sustancia ingrediente conserve sus propias propiedades químicas y composición. [4] A pesar de que no hay cambios químicos en sus constituyentes, 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 mediante medios físicos (mecánicos o térmicos). Los azeótropos son un tipo de mezclas que suele plantear dificultades considerables en cuanto a los procesos de separación necesarios para obtener sus constituyentes (procesos físicos, químicos o, incluso, una mezcla de ellos). [5] [6] [7]
Todas las mezclas pueden caracterizarse como separables por medios mecánicos (p. ej., purificación , destilación , electrólisis , cromatografía , calor , filtración , clasificación gravitacional , centrifugación ). [8] [9] Las mezclas se diferencian de los compuestos químicos en las siguientes formas:
En el ejemplo de la arena y el agua, ninguna de las dos sustancias cambió en modo alguno cuando se mezclaron. Aunque la arena esté en el agua sigue manteniendo las mismas propiedades que tenía cuando estaba fuera del agua.
La siguiente tabla muestra las principales propiedades y ejemplos de todas las posibles combinaciones de fases de las tres "familias" de mezclas:
Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas : una mezcla de composición uniforme y en la que todos los componentes están en la misma fase, como la sal en agua, se llama homogénea, mientras que una mezcla de composición no uniforme y cuyos componentes se pueden separar fácilmente. identificada, como la arena en el agua, se llama 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 sólo 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 entre sí (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 presentes tanto un soluto (sustancia disuelta) como un disolvente (medio de disolución). El aire también es un ejemplo de solución: una mezcla homogénea de disolvente de nitrógeno gaseoso, en el 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 sólo 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 en 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 química física y ciencia de materiales , "homogéneo" describe de manera más específica sustancias y mezclas que se encuentran en una sola fase . [12]
Una solución es un tipo especial de mezcla homogénea donde la proporción de soluto a disolvente sigue siendo la misma 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 sedimentan después de un período de tiempo y no se pueden eliminar mediante métodos físicos, como un filtro o una centrífuga . [13] Como mezcla homogénea, una solución tiene una fase (sólida, líquida o gaseosa), aunque la fase del soluto y el disolvente pueden haber sido inicialmente diferentes (por ejemplo, agua salada).
Los gases exhiben con diferencia 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 líquidos y sólidos, los gases diluidos forman muy fácilmente soluciones entre sí. El aire es un ejemplo de ello: puede describirse más específicamente como una solución gaseosa de oxígeno y otros gases disueltos en nitrógeno (su componente principal).
Ejemplos de mezclas heterogéneas son las emulsiones y las espumas . En la mayoría de los casos, la mezcla consta de dos componentes principales. Para una emulsión, se trata de fluidos inmiscibles como agua y aceite. En el caso de una espuma, se trata de un sólido y un fluido, o un líquido y un gas. A escalas mayores, ambos constituyentes están presentes en cualquier región de la mezcla y en una mezcla bien mezclada en concentraciones iguales o ligeramente diferentes. Sin embargo, a escala microscópica, uno de los constituyentes está ausente en casi cualquier región suficientemente pequeña. (Si tal ausencia es común a escalas macroscópicas, la combinación de los constituyentes es un medio disperso , no una mezcla). Se pueden distinguir diferentes características de mezclas heterogéneas por la presencia o ausencia de percolación continua de sus constituyentes. Para una espuma, se hace una distinción entre espuma reticulada en la que un componente forma una red conectada a través de la cual el otro puede filtrarse libremente, o una espuma de células cerradas en la que un componente está presente atrapado en pequeñas células cuyas paredes están formadas por la otros constituyentes. Una distinción similar es posible para las emulsiones. En muchas emulsiones, un constituyente está presente en forma de regiones aisladas de forma típicamente globular, dispersas por el otro constituyente. Sin embargo, también es posible que cada componente forme una gran red interconectada. A esta mezcla se le llama entonces bicontinua . [14]
Hacer una distinción entre mezclas homogéneas y heterogéneas es una cuestión de escala de muestreo. En una escala bastante gruesa, se puede decir que cualquier mezcla es homogénea, si se permite que el artículo completo cuente como una "muestra" del mismo. En una escala suficientemente pequeña, se puede decir que cualquier mezcla es heterogénea, porque una muestra puede 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: [15]
donde , , , , y son respectivamente: la heterogeneidad de la enésima partícula de la población, la concentración masiva de la propiedad de interés en la enésima partícula de la población, la concentración masiva de la propiedad de interés en la población, la masa de la enésima partícula de la población y la masa promedio de una partícula de la población.
Durante el muestreo de mezclas heterogéneas de partículas, la varianza del error de muestreo generalmente es distinta de cero.
Pierre Gy derivó, a partir del modelo de muestreo de Poisson, la siguiente fórmula para la varianza del error de muestreo en la concentración de masa en una muestra:
en 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 iésima 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 tanto, puede sustituirse por el símbolo q . La ecuación de Gy para la varianza del error de muestreo queda como:
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.
Las investigaciones sobre la contaminación del aire [16] [17] muestran que los efectos biológicos y para la salud después de la exposición a mezclas son más potentes que los efectos de la exposición de componentes individuales. [18]
