Conceptos clave
Química
Soluciones
Miscibilidad
Polaridad
Solubilidad

Introducción
Probablemente sepa que algunos líquidos, como el aceite y el agua, no se mezclan. Si los viertes en el mismo recipiente, formarán capas líquidas separadas, una encima de la otra. Otros líquidos, por ejemplo, alcohol para frotar y agua, se pueden mezclar entre sí. Pero, ¿sabía que una vez que ambos líquidos se han mezclado, puede separarlos nuevamente en dos capas diferentes? ¿Cómo puedes hacer eso? La respuesta podría sorprenderte, ¡con sal! En esta actividad descubrirás cómo funciona esto.

Background
Cuando se pueden mezclar dos líquidos, son «miscibles»: forman algo llamado solución homogénea, lo que significa que ya no se pueden distinguir los dos líquidos. Por el contrario, cuando no se pueden mezclar, son «inmiscibles»: formarán dos capas separadas, llamadas soluciones heterogéneas. Para poder mezclarse, las moléculas de ambos líquidos tienen que ser capaces de atraerse entre sí. Las moléculas que son polares (lo que significa que su carga eléctrica se distribuye de manera desigual, por lo que tienen un lado más positivo y un lado más negativo) tienden a formar enlaces de hidrógeno, mientras que las moléculas no polares (que tienen un equilibrio de carga igual) no tienden a formar tales enlaces. Debido a que las moléculas de agua son polares, cualquier líquido que no tenga moléculas polares, como el aceite, generalmente es inmiscible con agua.

Las moléculas de alcohol de frotar tienen una parte polar y no polar, lo que significa que son capaces de formar enlaces de hidrógeno con el agua y, por lo tanto, pueden mezclarse con ella. Pero, ¿cómo se pueden romper estos enlaces para separar ambos líquidos una vez que se mezclan? Hay que añadir algo a la mezcla que compita con el alcohol en la unión a las moléculas de agua. Una sustancia que puede hacer eso es la sal. La sal es un compuesto iónico, lo que significa que es una sustancia compuesta de moléculas cargadas eléctricamente llamadas iones. Cuando los compuestos iónicos se disuelven en agua, los iones individuales se separan y quedan rodeados por moléculas de agua, un proceso llamado solvatación. Debido a que los iones de sal están cargados, se disuelven mucho mejor en un solvente polar, que también está ligeramente más cargado que un solvente no polar. Por esta razón, los iones de sal atraen las moléculas de agua con mucha más fuerza que las moléculas de alcohol porque el alcohol es menos polar que el agua. Esto significa que cuando hay mucha sal, todas las moléculas de agua se unirán a los iones de sal, sin dejar que ninguna forme enlaces de hidrógeno con las moléculas de alcohol. Como resultado, el alcohol se vuelve inmiscible con agua y comienza a formar una capa separada. Este proceso se denomina» salazón «o» separación de fase inducida por sal».»

Históricamente, este método se ha utilizado en el proceso de fabricación de jabón para eliminar ingredientes que no deberían estar en el producto final de jabón. La salazón también se usa comúnmente en laboratorios de bioquímica para purificar proteínas, porque diferentes moléculas de proteínas se vuelven inmiscibles a diferentes concentraciones de soluciones salinas. Los químicos utilizan esta técnica para extraer líquidos de una solución, que es lo que va a hacer en esta actividad: Separará una mezcla de alcohol y agua usando solo una cucharadita de sal de mesa.

Materiales

• Cuatro mini tazas transparentes (dos onzas) con tapas
• Marcador permanente
• Agua del grifo
• Alcohol para frotar (70 por ciento de alcohol isopropílico)
• Sal de mesa
• Juego de cucharas medidoras
• Área de trabajo que puede tolerar derrames
• Etanol o acetona (se puede encontrar en ferreterías) (opcional)
• Sustituto de la sal, como cloruro de potasio o sal de Epsom (opcional)

Preparación

• Con la etiqueta de marcador permanente de las mini tazas 1, 2, 3 y 4.
• Agregue una cucharada y media de agua a las tazas 1 y 3.
• Agregue una cucharada y media de alcohol para frotar a las tazas 2 y 4.

Procedimiento

• Agregue una cucharadita de sal al agua en la taza 1. ¿Qué pasa con la sal? ¿Se disuelve en el agua?
• Ponga la tapa y agite la taza durante unos 20 a 30 segundos. ¿Qué aspecto tiene la mezcla?
• Repita los dos pasos anteriores usando la taza 2 (con alcohol para frotar). ¿Qué pasa con la sal esta vez? ¿La mezcla se ve diferente de la mezcla de agua y sal?
• Retire la tapa del marcador permanente y gire su punta en el agua en la taza 3 durante aproximadamente 10 segundos. Pon la tapa en la taza y agítala durante cinco segundos. ¿La tinta se disuelve en el agua? ¿Cómo se ve la solución después de agitar?
• Repita el paso anterior con la taza 4 (alcohol para frotar). ¿La mezcla resultante se ve diferente? Si es así, ¿qué es diferente? ¿Puedes explicar las diferencias?
• A continuación, vierta el alcohol de la taza 4 en el agua de la taza 3. Vuelve a colocar la tapa y revuelve la mezcla durante cinco segundos. ¿Se mezcla el alcohol con el agua? ¿Qué pasa con el color de la mezcla? ¿Ves que se forman capas separadas?
• Ahora, agregue una cucharadita de sal a la mezcla en la taza 3. Coloque la tapa en la taza y agítela durante 20 a 30 segundos. ¿Qué sucede cuando se agrega la sal a la mezcla? ¿La mezcla se ve diferente antes y después de agitar? Si es así, ¿cómo se ve diferente? ¿Puede explicar sus resultados? ¿De qué color es la mezcla?
• Extra: ¿Se pueden separar otras mezclas líquidas con sal? ¿Qué pasa con etanol y agua o acetona y agua? ¡Prueba diferentes mezclas líquidas para averiguarlo!
• Extra: ¿Hay otras sales, por ejemplo cloruro de potasio, un sustituto de la sal o sal de Epsom, que pueda usar para separar líquidos? Repita la prueba, pero esta vez use una sal diferente a la sal de mesa. ¿Todavía ves los mismos resultados? Si no, ¿en qué se diferencian sus resultados?
• Extra: ¿Cuánta sal necesitas para separar el alcohol y el agua? Averígualo variando las cantidades de sal que agregas a la mezcla de alcohol y agua.

Observaciones y resultados
Debería haber visto que la sal se disuelve fácilmente en el agua en la taza 1. (Después de agitarlo, la sal parecía desaparecer. Recuerde que esto ocurre porque las moléculas de sal iónica se unen fácilmente a las moléculas polares de agua. La sal, sin embargo, no se disolvió tan fácilmente en el alcohol de la taza 2. (Incluso después de agitarlo, aún podrá ver la sal. Esto se debe a que las moléculas de alcohol son menos polares que el agua, por lo que los iones de sal no se unen con ellos con tanta facilidad.

Con la tinta de rotulador permanente deberías haber observado exactamente el fenómeno opuesto. La tinta no se disuelve bien en agua, pero se disuelve fácilmente en el alcohol, dándole a este último mucho más color. Esto se debe al hecho de que el alcohol para frotar también tiene una porción de su molécula que no tiene cargas y es no polar. Esta porción es más compatible con moléculas no polares como la tinta de marcador.

Cuando se mezcla el alcohol con agua, las moléculas de este último crean enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. El alcohol se disuelve en el agua para formar una solución homogénea, por lo que ya no se puede distinguir el alcohol del agua. Sin embargo, si agrega sal a la mezcla, la sal quiere disolverse en el agua y compite con el alcohol por las moléculas de agua. Debido a que hay menos moléculas de agua disponibles para hacer enlaces de hidrógeno con las moléculas de alcohol, el alcohol se vuelve menos soluble en la mezcla de agua y alcohol, formando finalmente una capa separada en la parte superior del agua. Ambas capas deben tener un color diferente, con el agua mayormente transparente y el alcohol más coloreado. Esto ocurre porque la tinta del marcador es más soluble en el alcohol para frotar.

Limpieza
Flush todas sus mezclas por el fregadero con abundante agua fría. Lávese las manos y limpie el área de trabajo.

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Esta actividad se presenta en colaboración con Science Buddies