CAPÍTULO 10 / TEMA 4

Sistema urinario

Una vez que el cuerpo humano absorbe los nutrientes necesarios de los alimentos para el mantenimiento de todas las funciones corporales, productos de desecho se mantienen en la sangre y en los intestinos. El sistema urinario realiza un importante rol en la eliminación de esos desechos.

¿QUÉ ES EL SISTEMA URINARIO?

Es el conjunto de órganos especializados por los que circula la orina. El sistema urinario es el encargado de eliminar del organismo las sustancias nocivas que se forman en las células y de contribuir a mantener la reacción alcalina de la sangre. Está formado esencialmente por dos riñones que vuelcan cada uno su contenido en la vejiga por medio de tubos llamados uréteres. La vejiga, a su vez, evacua su contenido al exterior por medio de un conducto llamado uretra.

Componentes del sistema urinario.

¿Cómo funciona?

  • El cuerpo absorbe los nutrientes que necesita de los alimentos y los usa para que el organismo funcione correctamente.
  • Después de absorber los nutrientes necesarios, se crean sustancias nitrogenadas de desecho producto del metabolismo que permanecen en la sangre, como la urea, el ácido úrico y la creatinina.
  • El aparato urinario elimina de la sangre estos compuestos, principalmente la urea, la cual se transporta a los riñones por medio del torrente sanguíneo.
Producción de urea

 

La urea se produce en el cuerpo cuando se descomponen alimentos ingeridos que contienen proteína, como la carne de res, la carne de ave y algunos vegetales.

  • Los riñones eliminan la urea a través de las nefronas, pequeñas unidades de filtrado en las que se forma la orina.
  • Desde los riñones, la orina se dirige hasta la vejiga a través de los uréteres.
  • Los músculos de las paredes del uréter se contraen y relajan constantemente, lo que permite forzar la orina hacia abajo, fuera de los riñones.
¿Sabías qué?
Pequeñas cantidades de orina se vierten en la vejiga desde los uréteres aproximadamente cada 15 segundos.
  • La vejiga almacena la orina hasta que pueda expulsarse. Cuando está llena, se hincha en forma redonda y puede retener hasta medio litro de orina de 2 a 5 horas.
  • Los esfínteres evitan el goteo de la orina. Estos pequeños músculos se cierran con fuerza alrededor de la abertura de la vejiga, justo donde se conecta con la uretra, canal que permite la expulsión de la orina fuerza del cuerpo.
  • Los nervios de la vejiga son los responsables de hacerle saber a los individuos cuándo es tiempo de vaciarla. El cerebro envía señales a los esfínteres para que se aprieten o relajen durante el proceso de expulsión.
  • Cuando los esfínteres se relajan, la orina sale por la uretra, acto conocido como micción.
¿Sabías qué?
Un adulto puede eliminar cerca de un litro y medio de orina al día.
Sistemas involucrados en la excreción
Sistema urinario Sistema integumentario Sistema respiratorio
Los riñones son los órganos principales. La piel es el órgano principal. Los pulmones son los órganos principales.
Excreta compuestos nitrogenados, agua y electrolitos. Excreta compuestos nitrogenados, agua y electrolitos. Excreta dióxido de carbono y agua.

ÓRGANOS URINARIOS

Riñones

Son dos órganos colocados en el abdomen a ambos lados de la columna vertebral. Se hallan a la altura de la última vértebra dorsal y de las dos primeras lumbares. Tienen unos 10 a 12 centímetros de largo, unos 5 o 6 centímetros de ancho y alrededor de 3 centímetros de espesor. Pesan cerca de 150 gramos cada uno y su color es rojo castaño.

Anatomía de un riñón humano.

Los riñones son de gran importancia para mantener el balance de líquidos y los niveles de sal, así como el equilibrio ácido-base. También ayudan a mantener la tensión arterial normal; para ello, segregan hormona renina y elaboran la hormona eritropoyetina.

Los riñones extraen los productos residuales de la sangre a través de millones de pequeños filtros denominados nefronas, que son las unidades funcionales de los riñones. Hay aproximadamente un millón de nefronas en cada riñón. Cada una de ellas cuenta con un corpúsculo renal y un túbulo urinífero. Estos desembocan en canales colectores que llevan la orina a los cálices y a la pelvis renal.

Uréteres

Son conductores pares que se originan en la pelvis renal y trasladan la orina desde cada riñón hasta la vejiga urinaria, en donde desembocan para formar los llamados meatos ureterales, cuya disposición en la válvula permite a la orina pasar gota a gota del uréter a la vejiga, pero no viceversa. Su interior está revestido de un epitelio y su pared contiene músculo liso.

En una persona adulta, los uréteres tienen una longitud de 25 a 35 centímetros y un diámetro de 3 milímetros. Se ubican en la parte posterior del abdomen y descienden hacia la vejiga por medio de sus paredes en forma oblicua, para desembocar finalmente en el trígono vesical a través de los orificios ureterales.

Circulación

 

En los orificios ureterales hay un esfínter involuntario que controla la circulación del flujo urinario hacia una sola dirección. Sin embargo, cuando la vejiga está llena, cada orificio ureteral se cierra por la propia contracción muscular de la vejiga, de este modo se evita el reflujo de orina hacia el riñón.

Los uréteres poseen tres capas:

  • Capa externa o serosa: formada por tejido conjuntivo que ayuda a proteger al órgano del resto de las vísceras.
  • Capa muscular o media: formada por dos capas de músculo liso colocadas en forma longitudinal y circular. Las capas musculares son responsables del avance de la orina en una sola dirección a través movimientos de contracción y relajación.
  • Capa interna o mucosa: cubierta por tejido epitelial estratificado.
Anatomía del uréter.

Vejiga

Es un órgano que conforma el tracto urinario en el que se deposita la orina que proviene de los riñones a través de los uréteres. La vejiga está situada en la parte inferior del abdomen y superior de la pelvis y tiende a tomar una forma ovoidea cuando está llena.

Tiene una capacidad aproximada de entre 300 y 350 centímetros cúbicos. Cuenta con tres capas: una serosa, una muscular y una mucosa. La capa serosa es un recubrimiento exterior y que está rodeado por el peritoneo; la capa muscular está formada por un músculo liso que al contraerse expulsa la orina y que tiene como freno a los esfínteres de la uretra; y la capa mucosa está formada por el epitelio de transición urinario y una lámina de tejido conjuntivo.

Además, en su interior, cuenta con un trígono vesical, región por la que entran los uréteres a la vejiga. El trígono ocupa la zona posterior e inferior de la vejiga.

La cistitis

 

Es una infección que se puede presentar en cualquier parte a lo largo del tracto urinario: los riñones, los uréteres, la vejiga o la uretra. Es muy común que las infecciones afecten principalmente la vejiga y la uretra.

Anatomía de la vejiga.

Uretra

Anatomía de la uretra en la mujer.
Anatomía de la uretra en el hombre.

Es el órgano conductor de la orina desde la vejiga hasta el exterior del cuerpo. Prácticamente es el final del proceso urinario. Su principal función consiste en excretar, aunque en los hombres también cumple una función reproductiva, pues por este conducto también pasa el semen desde las vesículas seminales hasta el exterior.

Si bien la uretra es esencialmente el órgano excretor de la orina, su forma es diferente en hombres y mujeres. En los hombres la uretra mide cerca de 20 centímetros de largo, mientras que en las mujeres mide cerca de 3 centímetros. La uretra masculina pasa por la glándula protática y luego a través del pene, y la femenina está adherida con fuerza a la pared de la vagina.

¿CÓMO SE FORMA LA ORINA?

La orina se forma esencialmente por medio de tres procesos dentro de las nefronas: la filtración glomerular, la reabsorción tubular y la secreción tubular.

Formación de la orina.

La filtración glomerular

Este proceso permite el paso de un líquido con composición química parecida al plasma sanguíneo desde el glomérulo hacia la cápsula de Bowman. Ese líquido no contiene proteínas, ni glóbulos blancos, glóbulos rojos y plaquetas, pues éstas no logran atravesar los capilares glomerulares.

¿Sabías qué?
Por medio del índice de filtrado glomerular se ha podido deducir que cada 24 horas se filtran 180 litros de orina en ambos riñones.
¿Qué es el glomérulo renal?

 

Es un conjunto de redes capilares que están protegidas por una envoltura ubicada en las nefronas en cada riñón. Son las responsables de filtrar la sangre para reabsorber materiales de provecho y extraer los desechos en forma de orina.

La reabsorción tubular

Todos aquellos componentes que fueron filtrados en el glomérulo regresan nuevamente a la sangre, luego se reabsorben. Esto ocurre a lo largo del tubo renal y permite la recuperación de agua, sales, azúcares y aminoácidos que fueron filtrados en el glomérulo.

La secreción lobular y excreción

Consiste en el paso de algunos iones desde los capilares hacia el interior del túbulo, acto opuesto al de la reabsorción. Durante este proceso se eliminan iones amonio NH4+ e hidrógenos H+ que contribuyen al mantenimiento del pH de la sangre.

PROBLEMAS RELACIONADOS CON EL SISTEMA URINARIO

Piedras en los riñones (litiasis)

Se forman en el riñón debido a sustancias presentes en la orina, pero se pueden alojar en cualquier parte del aparato urinario. Pueden tener diferentes tamaños, una piedra pequeña puede realizar el recorrido de la orina y así ser eliminada del cuerpo sin mayor dolor. En cambio, una piedra más grande puede obstruir el flujo de la orina y causar mucho dolor. Una de las mejores formas de prevenir la formación de piedras consiste en ingerir abundante agua.

Piedras en el riñón derecho.

Insuficiencia renal

Los riñones pueden dejar de funcionar por diversas causas, cuando esto sucede comienzan a acumularse desechos en el organismo, se produce un aumento de la presión arterial e insuficiente producción de glóbulos rojos. Se denomina enfermedad crónica de los riñones.

Enfermedad renal crónica

 

Se relaciona principalmente con la presencia de diabetes e hipertensión arterial, aunque otros factores de riesgo cardiovascular, como el consumo de tabaco y el colesterol elevado, también pueden predisponer a su desarrollo.

Proteinuria

Las moléculas de las proteínas son grandes y no pasan por los filtros de los riñones, excepto unas ínfimas partículas. Cuando la cantidad de proteínas que aparece en la orina es muy grande, significa que los poros de los filtros están dañados.

Retención urinaria

Es la dificultad de vaciar la vejiga. La orina queda en la vejiga por diversas causas: obstrucción del esfínter, estrés, problemas neurológicos y fallas en los músculos que contraen la vejiga.

Incontinencia urinaria

Es la falta del control de retención de la orina y la consecuente pérdida involuntaria. Existen varias causas y tipos de incontinencia. Los tratamientos los determina el médico y pueden ser desde sencillos ejercicios hasta cirugías. Generalmente, las mujeres son las más afectadas.

La diálisis

 

Es un proceso artificial que filtra la sangre. Se utiliza cuando los riñones no funcionan, entonces, por medio de una máquina se extraen las sustancias nocivas y el exceso de agua acumulado en el organismo. Existen dos tipos de diálisis: la hemodiálisis y la peritoneal.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo destacado “Enfermedad renal crónica”

Artículo que destaca la importancia de esta enfermedad, así como sus causas y medidas preventivas.

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Artículo “Infecciones del tracto urinario”

Recurso explicativo sobre las infecciones causadas por gérmenes, en general bacterias, que suelen ingresar a la uretra y luego a la vejiga.

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Infografía “Sistema excretor”

Esta infografía describe el funcionamiento de los sistemas que excretan sustancias tóxicas del cuerpo humano, entre ellos, el sistema urinario.

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CAPÍTULO 3 / TEMA 5

Contaminación del agua

La contaminación del agua se produce cuando se introduce un material que altera sus características naturales. El agua contaminada deja de ser apta para el desarrollo de animales y plantas, se vuelve inadecuada para el consumo humano y afecta ríos, lagos, acuíferos, mares y océanos.

VER INFOGRAFÍA

El río más contaminado del mundo

 

En Indonesia se encuentra el río Citarum, considerado el más contaminado del mundo. Sus aguas están muy sucias porque allí se arrojan muchos desechos de fábricas y hogares.

FUENTES NATURALES DE CONTAMINACIÓN DE AGUA

La contaminación natural es la que ocurre como consecuencia de agentes naturales: los incendios forestales, las erupciones volcánicas, las tormentas y los terremotos. Por otra parte, este tipo de contaminación es provocada por restos vegetales, animales y sustancias como los minerales, que se disuelven al momento en que los cuerpos de agua atraviesan diferentes terrenos.

El ser humano ha vivido con este tipo de contaminación desde hace miles de años; no es posible evadirla, pero se pueden prever sus secuelas y tratar de minimizar sus efectos.

¿Sabías qué?
Los isótopos radiactivos son los contaminantes más peligrosos. Pueden descomponerse por sí mismos pero les llevaría miles de años.

Se puede señalar como fuente natural de contaminación del agua el mercurio, que se encuentra disperso en los suelos y en el lecho oceánico. También contaminan los hidrocarburos presentes en lagos, mares y ríos al ser derramados de forma natural en las corrientes fluviales.

Cabe mencionar que la constante actividad volcánica de hace 2.800 millones de años en los Andes causó altas concentraciones de arsénico en las aguas subterráneas de gran parte del territorio argentino.

Los volcanes activos expulsan diferentes materiales contaminantes como la lava y las partículas de gases.

Síntomas

Vómitos y diarreas.

 

Conjuntivitis.

 

Descamaciones en la piel, y lesiones en las extremidades que impiden realizar tareas habituales, hasta caminar.

 

Ingerir y exponerse por mucho tiempo al agua contaminada con arsénico puede producir cáncer.

CONTAMINACIÓN ANTRÓPICA DE LAS AGUAS

Las actividades del ser humano conllevan directamente o indirectamente a la contaminación de las aguas.

  • Agricultura

Tanto los plaguicidas utilizados para el control de plagas como los fertilizantes son arrastrados desde los campos de cultivo hasta diversos cuerpos de agua y producen contaminación.

Los pesticidas para evitar las plagas en sembradíos son químicos nocivos para la salud.
  • Minería

Esta actividad provoca la contaminación de las aguas por medio del ácido sulfúrico y cianuro usado junto con metales pesados, como el mercurio.

  • Industrias pasteras

Vierten enormes cantidades de aguas residuales resultantes de la cocción de la madera y la dioxina que se generan como producto del blanqueamiento del papel. Estos compuestos afectan la flora y la fauna, y provocan alteraciones en el sistema nervioso, el inmunológico y el reproductor, además son cancerígenos.

Además de contaminar las aguas, la industria del papel contribuye a la deforestación.
  • Centrales de generación de energía

Tanto las centrales nucleares como las termoeléctricas provocan el calentamiento de las aguas de ríos y otras cuencas hidrográficas al ser usadas en la torres de refrigeración y luego ser devueltas a los cursos de agua sin tratamiento previo. Por otra parte, las represas hidráulicas modifican el caudal y el régimen normal de los ríos.

Este sistema de generación de potencia ocasiona inundaciones por la modificación en los cauces de los ríos.
  • Desechos arrojados por seres humanos

Pilas: están compuestas por metales pesados, como el cadmio y mercurio, que pueden tardar miles de años en biodegradarse. Luego de un tiempo de ser vertida en los basureros, pueden infiltrarse en las aguas subterráneas y contaminarlas.

Desechos sólidos: al arrojar basura y desechos en las calles, llegan a lagos y mares por el alcantarillado e impactan considerablemente en el ecosistema acuático.

Aceite: el aceite comestible también colabora con la contaminación del agua, al ser arrojado por las tuberías, un litro de este aceite puede contaminar 1.000 litros de agua, aproximadamente.

Cadmio

 

Este raro elemento metálico es un contaminante presente en la mayoría de los alimentos que consumimos. Tiene efectos nocivos para nuestra salud.

AGUA CONTAMINADA

Debido a la contaminación del agua, se presentan problemas ecológicos y sanitarios que afectan al planeta y provocan  la escasez de este preciado líquido.

Escasez de agua

 

– Afecta a todos los continentes y a cuatro de cada diez personas en el mundo.

– Obliga  a la población a utilizar fuentes contaminadas de agua para beber. Ello también significa que no pueden asearse, lavar la ropa ni limpiar sus casas adecuadamente.

– Induce a la población a almacenar agua en sus casas, esto puede ocasionar la proliferación de enfermedades como el dengue, la malaria y el zika, por los criaderos de mosquitos.

– Pone en relieve la necesidad de gestionar mejor los recursos hídricos.

CONSECUENCIAS DE LA CONTAMINACIÓN CULTURAL DEL AGUA

La destrucción de los ecosistemas acuáticos

Año a año, la destrucción de estos ecosistemas aumenta y pone en riesgo la biodiversidad. Las actividades humanas tienen un impacto fuerte. Éstas afectan tanto al ciclo de vida de los animales como al de las plantas.

El deterioro y la muerte de la vida marina          

El derrame de petróleo en mares y océanos, los residuos que contaminan el agua y los desechos tóxicos de las industrias generan la muerte y el deterioro de millones de especies marinas a los largo de los años.

El contagio de enfermedades por consumo de agua contaminada

Se debe a las heces expuestas que contienen organismos infecciosos que contaminan el agua y los alimentos.

La disminución de las fuentes de agua potable para el consumo humano

La contaminación, la sobrepesca, la alteración de los hábitats acuáticos, el derroche de agua y el cambio climático provocan la disminución del agua potable disponible para el ser humano.

El cambio de las propiedades del agua

Los derrames de petróleo, aguas residuales contaminadas y la contaminación química alteran potencialmente las propiedades del agua. Es por esto que cuando vemos agua contaminada tiene otro color, mal sabor y feo olor.

PROCESO DE POTABILIZACIÓN DEL AGUA

El agua que llega a nuestro hogar puede proceder de un río, arroyo o lago, que son aguas superficiales porque fluyen sobre el suelo. En cambio, si las aguas provienen de un pozo, se denominan aguas subterráneas.

Cuando el agua se extrae del subsuelo por medio de perforaciones sufre un proceso de filtración natural al pasar a través de las distintas capas porosas del terreno. Sin embargo, siempre debe ser controlada su calidad y en algunos casos es necesario someterla al proceso de desinfección.

Dado que las primeras capas de la tierra suelen estar expuestas a contaminación química y/o microbiológica debido a la cercanía con la superficie del terreno, el agua extraída a poca profundidad no es apta para su consumo.

El agua proveniente de fuentes superficiales se encuentra más expuesta que la subterránea a la incorporación de distintos materiales y microorganismos que puedan afectar su calidad. Por eso requiere de un procedimiento más complejo para su tratamiento.

Estrés hídrico

 

Es causado por el uso excesivo y prolongado del agua, hasta que la demanda sea mayor a su disponibilidad. Según datos de la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO), el consumo de agua promedio, a nivel global, actualmente es de alrededor de 800 m3 por persona cada año.

Podemos sintetizar en 6 pasos el proceso de potabilización:

  1. Cámara de carga: por lo general, el agua se extrae con tomas ubicadas en torres construidas sobre el curso de agua. Estas tomas cuentan con un filtro que impide la entrada de rocas u otros sólidos de gran tamaño.
  2. Coagulación: el agua llega a una cámara donde se le agrega una dosis de sustancias coagulantes. En este paso, las partículas de suciedad que enturbian el agua quedan aglutinadas y esto permite que su extracción sea más sencilla.
  3. Alcalinización: el proceso de decantación de los coágulos se lleva a cabo en piletas grandes.
  4. Filtración: el agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto grosor. Sale prácticamente potable.
  5. Cloración: la desinfección se realiza con cloro gaseoso que elimina los microorganismos.
  6. Control de calidad: antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por químicos que analizan su calidad microbiológica.
El agua para el consumo humano debe tener un pH neutro y cumplir con las propiedades organolépticas.
RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Aguas residuales”

Este recurso les mostrará a los alumnos cómo depurar el agua residual.

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Artículo “Conservación del agua en el hogar”

Este artículo explica la importancia de la preservación del agua como recurso natural vital

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CAPÍTULO 3 / TEMA 3

Sistemas heterogéneos

Cuando un sistema material cuenta con distintas propiedades intensivas en por lo menos dos de sus puntos, estamos hablando de un sistema heterogéneo. Un sistema de este tipo tiene dos o más fases. Generalmente, para su separación se utilizan mecanismos físicos y de menor consumo de energía.

TIPOS DE MEZCLAS HETEROGÉNEAS

Se pueden estudiar dos tipos de mezclas heterogéneas: las mezclas groseras y las mezclas finas o suspensiones.

¿Sabías qué?
El antiácido conocido como leche magnesia es una suspensión.
  • Mezclas groseras

Son mezclas heterogéneas cuyos componentes se diferencian fácilmente debido a su gran tamaño.

EL GRANITO

El piso de granito es un ejemplo de mezcla grosera, ya que a simple vista se pueden notar las partículas que lo conforman en sus diversos colores.

  • Suspensiones

Están formadas por una fase sólida con baja solubilidad que se encuentra dispersa en la fase liquida. Las fases son más difíciles de diferenciar debido al ínfimo tamaño de la partícula.

RÍO NEGRO

El río más importante de la región amazónica, conocido como río Negro, es un ejemplo de suspensión. Al llegar a zonas donde el caudal y la velocidad de la corriente disminuyen, se depositan los sedimentos que estaban dispersos en el agua.

SEPARACIÓN DE MEZCLAS

Por medio de diferentes métodos de separación de fases se puede separar una mezcla heterogénea. Algunos de ellos son: la decantación, la tamización, la filtración y la imantación. Se llaman métodos mecánicos a aquellos que no producen transformaciones en los componentes de la mezcla, es decir, que no provocan cambios de estado ni de tamaño de las partículas de cada fase.

Utilizar uno u otro método de separación depende de las propiedades físicas de los componentes de la mezcla, como la diferencia de tamaño entre sus partículas, la capacidad de ser atraídos por un imán y la densidad, entre otras.

Decantación

Cuando en una mezcla hay componentes líquidos que no se disuelven entre sí, por lo que sus fases se pueden distinguir, se usa un instrumento denominado embudo de decantación. Se deja la mezcla en reposo dentro del mismo y la sustancia más densa queda en el fondo del recipiente, luego podemos quitarla y dejar la menos densa.

 

Ampolla de decantación.

Filtración

Se recurre a este método para separar un sólido suspendido en un líquido, como el agua y la arcilla. Para esto hay que utilizar una barrera, que puede ser un material poroso como el papel de filtro, por ejemplo. Se hace pasar la mezcla por la placa que tiene poros para que el líquido se escurra y el sólido quede retenido.

Los automóviles usan el filtrado. El filtro de aceite y el de la gasolina evitan que la mecánica del vehículo se deteriore con rapidez.

Centrifugación

Es una técnica que se emplea para precipitar un sólido suspendido en un líquido. Se necesita una centrífuga, que es un instrumento que al girar genera una fuerza, la cual empuja el sólido al fondo del tubo. Al cabo de un tiempo se retiran los tubos y el líquido se puede volcar o tomar con un gotero.

PLASMA

Para obtener el plasma rico en plaquetas se usa el centrifugado. Generalmente es usado en terapias para la recuperación de fracturas y problemas en el sistema óseo.

Tamizado

Cuando las partículas de una mezcla de sólidos tienen distintos tamaños, se puede usar este método para separarlas. Se utiliza un tamiz a través del cual se pasa la mezcla. Las partículas más grandes quedarán sobre el mismo, mientras que las más pequeñas pasarán al otro lado.

El tamiz es una rejilla metálica que deja pasar los componentes más pequeños y atrapa los más grandes.

Levigación

Es el famoso procedimiento que emplean los buscadores de oro. Consiste en hacer pasar una corriente de agua por una mezcla de diferentes sólidos no solubles en ella, así, son arrastrados los componentes más livianos y quedan en el plato los de mayor peso. Una variante de esta técnica es la de utilizar viento en vez de agua, en este caso el método se denomina ventilación.

Imantación

Es usado un imán cuando una de las fases de la mezcla está compuesta por sustancias con propiedades magnéticas, con el fin de separarlo del resto. Por ejemplo, se pueden extraer limaduras de hierro mezcladas con arena, procedimiento muy utilizado para reciclar el acero.

La imantación es muy útil para reciclar materiales ferrosos.

MEZCLAS HETEROGÉNEAS EN LA VIDA COTIDIANA

En la cocina podemos destacar numerosas mezclas heterogéneas: la leche y el cereal, el agua y el aceite, el agua y la pasta, y los componentes de una ensalada. Con realizar un proceso físico podemos separar sus componentes de manera sencilla.

LA COCINA

Leche con cereal: una típica mezcla heterogénea para desayunar.

Al lavar los utensilios de cocina se mezclan el agua y los aceites.

Para la preparación del café tradicional se realiza una mezcla usando el filtrado.

Al tamizar la harina se obtienen mejores resultados en la preparación.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo destacado “Mezclas y soluciones”

Información complementaria para identificar los tipos de mezclas y las técnicas de separación de las mismas.

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Infografía “Técnicas de separación de mezclas”

Material gráfico que describe los métodos de separación de mezclas.

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Infografía “Mezclas homogéneas y heterogéneas”

Con este recurso podrá ampliar el conocimiento sobre las diferencias entre mezclas homogéneas y heterogéneas.

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Formas físicas en que se presenta la materia

La materia puede presentarse en dos formas distintas: homogénea y heterogénea, según que sus propiedades y su composición sean las mismas en cualquier punto o cambien al pasar de un punto a otro. La homogeneidad, tal como se entiende en química, es, pues, homogeneidad respecto a la subdivisión.

En cambio, un material heterogéneo es una mezcla en la que cada porción homogénea de la misma constituye lo que se denomina una fase. Una roca de granito, por ejemplo, es un material heterogéneo en el que se pueden observar a simple vista distintos componentes: partículas pequeñas y oscuras de mica, cristales de cuarzo duros y transparentes, y cristales oblongos y grises de feldespato. Cada fase de una mezcla presenta distintas propiedades y la separación de las mismas puede en general realizarse por medios mecánicos.

Sustancia pura y disolución

Una sustancia pura o especie química es una fase homogénea de composición constante. Si la composición de una fase homogénea puede variar se habla de disoluciones. Las disoluciones pueden ser de distintos tipos, pero las más comunes son de un sólido en un líquido; por ejemplo, de sal común en agua.

La composición de una sustancia o cuerpo puro no varía con los cambios de estado. Así, el agua tiene la misma composición en forma de hielo, de agua líquida o de vapor. Si se varía la presión, la temperatura de fusión (o solidificación) de una sustancia pura también varía, pero tampoco en este caso cambia la composición del líquido (o sólido) que se obtiene. En cambio, la composición de una disolución sí varía con los cambios de estado o con los cambios de presión y temperatura. Por ejemplo, si se enfría una disolución en agua caliente de sal común, parte de la sal precipita, ya que la sal es más soluble en agua caliente que en agua fría.

 

Una disolución puede variar su composición luego de un cambio de estado.

Elementos y compuesto químicos

El agua y el azufre, por ejemplo, son sustancias puras, pero la primera es un compuesto y la segunda es un elemento o, en otras palabras, la molécula de agua está formada por dos átomos de distinto tipo (hidrógeno y oxígeno), mientras que la molécula de azufre está formada únicamente por átomos de azufre. Si sometemos el agua a cambios de estado, su composición no varía (es una sustancia pura), pero por medios químicos podemos descomponerla en hidrógeno y oxígeno, sus elementos constituyentes. Esto puede lograrse, por ejemplo, haciendo pasar vapor de agua sobre hierro calentado al rojo: el hierro extraerá el oxígeno de las moléculas de agua dando origen a la formación de un óxido de hierro, mientras que el hidrógeno quedará libre.

Con el azufre es imposible hacer algo así: podemos calentarlo y su molécula pasará de una forma (alotrópica) a otra, pero seguirá estando formada únicamente por átomos de azufre. También podemos intentar hacerlo reaccionar con otro elemento o con un compuesto, pero siempre tendremos lo mismo: azufre que no ha entrado en combinación o bien azufre que se ha combinado con otros elementos, nunca dos componentes distintos de esa sustancia que a la que llamamos azufre, por la simple razón de que se trata realmente de un elemento químico y, por lo tanto, está constituido por un único tipo de átomos.

Disoluciones

Las disoluciones o soluciones son sistemas formados de dos componentes: el disolvente y el soluto.

Se llama disolvente al componente más abundante, y soluto al que se halla en menor cantidad; sin embargo, en la práctica, en muchos casos no queda claramente delimitado cuál de los componentes es el soluto y cuál el disolvente.

En el lenguaje corriente, cuando se habla de disoluciones se suele hacer referencia a disoluciones de un soluto sólido en un disolvente líquido (casi siempre agua, con mucho el más común de los disolventes de sustancias inorgánicas), pero de hecho hay otros ocho tipos de disoluciones, ya que tanto el soluto como el disolvente pueden estar en estado sólido, líquido o gaseoso.

En una solución solo se distingue una fase de la materia.

La mayoría de las reacciones químicas se producen con las sustancias reaccionantes disueltas, y para el reconocimiento de una sustancia o la determinación de algunas de sus características a menudo es conveniente recurrir a su disolución. De ahí la gran importancia que posee su estudio. Por ahora sólo indicaremos que conviene distinguir entre disoluciones diluidas (poco soluto), concentradas (bastante cantidad de soluto) y saturadas (aquellas en que el disolvente no puede admitir más soluto). En disolución acuosa muchos compuestos se ionizan y entonces estas disoluciones son conductoras de la electricidad.

Disolventes fundamentales para el químico son: el agua, el agua destilada, los ácidos y bases inorgánicos, la bencina, el alcohol ordinario, la acetona, el éter, el sulfuro de carbono, etcétera.

Dispersiones coloidales

La distinción entre mezcla y disolución a partir de su homogeneidad o heterogeneidad es muy precisa en el ejemplo del granito y puede asimismo ser suficientemente precisa en el caso de las suspensiones. Un ejemplo de suspensión puede ser la de arena muy finamente pulverizada mezclada en agua: a diferencia de lo que ocurriría si se tratase de una disolución, la arena acaba por depositarse, aunque lo hará tanto más lentamente cuanto menores sean las partículas. La explicación de este diferente comportamiento estriba en que en una suspensión las partículas están constituidas por agrupaciones de un número muy grande de moléculas, mientras que en una disolución las partículas son moleculares.

Un caso menos evidente es el de las dispersiones coloidales, en las que las partículas tienen un tamaño que, aun siendo considerablemente superior al de las partículas en disolución, es muy inferior al de las partículas de las suspensiones, hasta el punto de que las partículas coloidales pasan a través de todos los filtros corrientes y no se depositan ni siquiera después de un período de reposo prolongado. Para fijar ideas, se puede afirmar que si el tamaño de las partículas es mayor que 0,2 (micras, siendo 1 = 10-3 mm) nos hallamos ante una suspensión; cuando está comprendido entre 0,2 y 1 m (milimicra, 10-6 mm), se trata de una dispersión coloidal, y si es menor que 1 m, se puede hablar propiamente de disolución. En el caso de las dispersiones coloidales, se habla de fase dispersa y de medio de dispersión, conceptos equivalentes a los de soluto y disolvente usados en el caso de las disoluciones. Como en el caso de las disoluciones, existen nueve tipos distintos de dispersiones coloidales, correspondientes a los tres posibles estados de la fase dispersa y del medio dispersante.

Separación de mezclas heterogéneas

En muchas ocasiones, tanto en el laboratorio como en la industria, se plantea la necesidad de separar los distintos componentes de una mezcla. Entre las distintas técnicas que se emplean con este fin cabe mencionar las siguientes:

  • Para separar sólidos de líquidos:
  • Separación por decantación, que consiste en dejar que el sólido acabe por depositarse en el fondo de un recipiente (en ocasiones, la decantación puede acelerarse por centrifugación);
  • Separación por filtración, en la que se utiliza un material (papel de filtro, porcelana porosa, etc.) que por el tamaño de sus poros permite el paso del líquido pero no el de las partículas sólidas;
  • Separación por centrifugación, basada en que las partículas en suspensión o en dispersión resultan afectadas por la fuerza centrífuga, con lo que tienden a escapar de la masa del líquido (esta técnica se emplea, por ejemplo, en la industria azucarera).
  • Para separar sólidos de sólidos:
  • Separación magnética, utilizable para extraer, por ejemplo, partículas de hierro o de otro metal ferromagnético de una mezcla;
  • Separación por levigación, que se basa en someter la mezcla a un chorro de agua, que arrastra con mucha mayor facilidad las partículas menos densas (se usa, por ejemplo, para separar una mezcla de arena y oro, aprovechando que este último es mucho más denso);
  • Separación por disolución, que puede usarse, por ejemplo, para extraer la sal de una mezcla de arena y sal: se añade agua, con lo que la sal se disuelve, y después, tras filtrar la disolución, el agua se evapora, con lo que la sal precipita.
  • Para separar líquidos inmiscibles:
  • Separación por centrifugación, según el principio ya explicado (también se emplea para la separación de emulsiones);
  • Separación por decantación, que en este caso suele hacerse usando un embudo de decantación, el cual, al abrir su llave, permite la salida del líquido de mayor densidad.

Separación de disoluciones

La separación de los diversos componentes de una disolución es más difícil que la de los componentes de una mezcla, ya que en este caso los medios puramente mecánicos no son efectivos y es preciso recurrir al calentamiento de la disolución para llevar a cabo la separación a partir del vapor:

  • Disolución de un sólido en un líquido: separación por evaporación, que se realiza calentando la disolución en una vasija abierta y poco profunda, con lo que, al irse evaporando el líquido, la disolución se va concentrando y, si se prosigue hasta la total evaporación del líquido, se obtiene el soluto precipitado.
  • Disolución de un líquido en otro: separación por destilación simple, aplicable cuando los puntos de ebullición de los dos líquidos son notablemente diferentes y en la que se procede calentando la disolución hasta una temperatura algo superior al punto de ebullición del líquido más volátil y condensando por enfriamiento el vapor recogido.
  • Disolución de varios líquidos en otro líquido: separación por destilación fraccionada, que se basa en que cada líquido tiene un punto de ebullición distinto; puede realizarse en una sola operación mediante las llamadas columnas de fraccionamiento, tal como se hace en el caso del petróleo crudo.
Proceso de destilación simple.