Diseñar una separación

¿Para qué sirve esto?

Imagina que en el patio del colegio alguien regó un frasco de sal sobre un montón de arena, y que en esa arena había limaduras de hierro de un taller. Te piden recuperar las tres cosas. Ya conoces los métodos: el imán, el filtro, la evaporación. Pero ahora tienes que decidir cuál va primero, qué materiales necesitas, qué cuidados hay que tener y cómo vas a saber si te quedó bien.

Eso es diseñar un experimento. Es lo que hacen los científicos y también los ingenieros de una planta de reciclaje o de una salina: antes de mover una mano, escriben un plan. En esta lección vas a aprender a hacer ese plan y a revisar con cuentas si funcionó.

Antes de empezar repasa los métodos de las tres lecciones anteriores y la propiedad en que se basa cada uno.

Paso 1: conocer la mezcla

Lo primero es saber qué tiene la mezcla y si es homogénea (como el agua salada) o heterogénea (como la arena con hierro). Luego se hace una tabla con las propiedades de cada componente que pueden servir: el tamaño de sus granos, si se disuelve en agua, si el imán lo atrae, su densidad o su punto de ebullición.

En la mezcla del patio:

• el hierro lo atrae el imán y no se disuelve en agua;
• la arena no la atrae el imán y no se disuelve en agua;
• la sal no la atrae el imán y sí se disuelve en agua.

Fíjate en que la arena y la sal tienen granos de tamaño parecido, así que un colador no las separa. Lo que las distingue es que una se disuelve y la otra no.

Paso 2: escoger los métodos y ponerlos en orden

Cada método se justifica con una propiedad, y el orden importa. Para la mezcla del patio, un buen plan tiene cuatro pasos:

1. Imantación. Se pasa un imán envuelto en una bolsa plástica sobre la mezcla seca. Se basa en el magnetismo. Va primero porque con la mezcla seca las limaduras se sueltan fácil; mojada, la arena se pega al hierro y al imán, y el hierro terminaría en el filtro con la arena (y con los días se oxidaría). Quedan arena y sal.
2. Disolución. Se agrega agua suficiente (unos 100 mL para 30 g de sal) y se revuelve hasta que no se vean granos de sal. La sal se disuelve y la arena no. Con poca agua, parte de la sal no se disuelve y se queda en el filtro con la arena.
3. Filtración. Se filtra. La arena se queda en el papel como residuo (se deja secar antes de pesarla) y el agua salada pasa. Se basa en el tamaño de las partículas: los granos de arena no caben por los poros y las partículas de sal disueltas sí.
4. Evaporación. El agua salada se deja en un plato al sol, o el docente la calienta. El agua se va como vapor y la sal cristaliza. Se basa en que el agua pasa a vapor con facilidad y la sal no.

Si se cambia el orden, el plan falla: si se evapora antes de filtrar, la sal vuelve a quedar revuelta con la arena.

Cuando la mezcla es homogénea, como agua con colorante de cocina, la pregunta es qué se quiere recuperar. Si solo interesa el colorante, basta evaporar el agua. Si se quiere el agua limpia, hay que destilar, porque el agua hierve y el colorante se queda en el balón.

Paso 3: materiales y seguridad

El plan dice qué se necesita: balanza de cocina, imán, bolsa plástica, vasos, cuchara, embudo, filtro de café y platos. Y dice las normas:

• todos usan gafas de seguridad;
• el plan lo revisa y lo aprueba el docente antes de empezar;
• lo que necesite calor (evaporar rápido o destilar) lo hace solo el docente;
• el imán se mantiene lejos de los celulares y de las tarjetas;
• en el laboratorio no se prueba nada, ni siquiera la sal recuperada.

Paso 4: registrar y hacer el balance

Antes de mezclar se pesa cada componente, y después de separar se pesa lo que se recuperó. Todo se anota en una tabla de registro, en el momento. Con esa tabla se hace el balance de masas: la suma de lo recuperado se compara con la masa inicial. Lo que falta no desapareció: se quedó en el papel, en la bolsa o en los vasos. También se puede calcular el porcentaje recuperado de cada componente, para saber en qué paso se perdió más.

Lo que se recupera

Al final, cada componente sigue siendo la misma sustancia que era antes de mezclarlo. El hierro es un elemento; la sal (NaCl) y el agua (H₂O) son compuestos. La arena, en cambio, no es una sustancia pura: es a su vez una mezcla de granos de distintos minerales.

Ojo con lo que se compra: la sal de cocina trae además un poquito de yodo y de flúor añadidos, y muchas limaduras de taller son de acero, que es hierro con un poco de carbono. La sal es casi toda cloruro de sodio y el acero es casi todo hierro, pero en rigor los dos son mezclas. En esta lección hablamos de la sal pura y del hierro puro.

En resumen

• Diseñar una separación empieza por conocer los componentes y las propiedades que los distinguen.

• Cada paso del plan se justifica con una propiedad, y el orden importa; para arena, sal y hierro, imán, agua, filtro y evaporación.

• El plan incluye materiales y seguridad; gafas, aprobación del docente, calor solo en manos del docente e imanes lejos de los celulares.

• El balance de masas compara lo recuperado con la masa inicial; lo que falta quedó en los recipientes.

• Los componentes recuperados siguen siendo las mismas sustancias; el hierro es un elemento, la sal y el agua son compuestos, y la arena es una mezcla.

Vocabulario

Diseño experimental

Plan escrito de un experimento: qué se quiere lograr, los pasos en orden, los materiales, la seguridad y cómo se van a registrar los datos.

Balance de masas

Comparación entre la masa inicial de una mezcla y la suma de las masas recuperadas, para saber cuánto se perdió.

Registro

Tabla o cuaderno donde se anotan las medidas en el momento en que se hacen.

Residuo

Lo que se queda en el papel de filtro después de filtrar.