Mezcla

En química , una mezcla es un material compuesto por dos o más sustancias químicas diferentes que pueden separarse mediante métodos físicos. Es una sustancia impura formada por dos o más elementos o compuestos mezclados mecánicamente en cualquier proporción. ^{[ 1 ]} Una mezcla es la combinación física de dos o más sustancias en la que se conservan sus identidades y se mezclan en forma de soluciones , suspensiones o coloides . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Las mezclas son un producto de la combinación mecánica de sustancias químicas, como elementos y compuestos , sin enlaces químicos ni otros cambios químicos, de modo que cada sustancia conserva sus propiedades y composición químicas. ^{[ 4 ]} A pesar de que no se producen 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 pueden separarse en sus componentes mediante métodos físicos (mecánicos o térmicos). Los azeótropos son un tipo de mezcla que suele presentar considerables dificultades en cuanto a los procesos de separación necesarios para obtener sus constituyentes (procesos físicos o químicos, o incluso una combinación de ambos). ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Todas las mezclas pueden caracterizarse como separables por medios mecánicos (por ejemplo , purificación , destilación , electrólisis , cromatografía , calor , filtración , separación por gravedad , centrifugación ). ^{[ 8 ] [ 9 ]} Las mezclas se diferencian de los compuestos químicos de las siguientes maneras:

• Las sustancias que componen una mezcla pueden separarse mediante métodos físicos como la filtración , la congelación y la destilación.
• Hay poco o ningún cambio de energía cuando se forma una mezcla (véase Entalpía de mezcla ).
• Las sustancias que componen una mezcla conservan sus propiedades individuales.

En el ejemplo de la arena y el agua, ninguna de las dos sustancias se modifica al mezclarse. Aunque la arena está en el agua, conserva las mismas propiedades que tenía fuera de ella.

• Las mezclas tienen composiciones variables, mientras que los compuestos tienen una fórmula fija y definida.
• Cuando se mezclan, las sustancias individuales conservan sus propiedades en una mezcla, mientras que si forman un compuesto sus propiedades pueden cambiar. ^{[ 10 ]}

La siguiente tabla muestra las propiedades principales 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 en la que todos los componentes se encuentran en la misma fase, como la sal en el agua, se denomina homogénea, mientras que una mezcla de composición no uniforme cuyos componentes pueden identificarse fácilmente, como la arena en el agua, se denomina heterogénea.

Además, " mezcla uniforme " es sinónimo de mezcla homogénea y " mezcla no uniforme " es sinónimo de mezcla heterogénea . Estos términos se derivan de la idea de que una mezcla homogénea tiene una apariencia uniforme , o una sola fase , debido a que las partículas están distribuidas de manera uniforme. Sin embargo, una mezcla heterogénea tiene sustancias constituyentes que se encuentran en diferentes fases y son fácilmente distinguibles entre sí. Asimismo, una mezcla heterogénea puede tener una composición uniforme (por ejemplo, un coloide) o no uniforme (por ejemplo, un lápiz).

Varias sustancias sólidas, como la sal y el azúcar , se disuelven en agua para formar mezclas homogéneas o " soluciones ", en las que están presentes tanto un soluto (sustancia disuelta) como un disolvente (medio disolvente). El aire también es un ejemplo de solución: una mezcla homogénea de nitrógeno gaseoso como disolvente, en la que se disuelven oxígeno y pequeñas cantidades de otros solutos gaseosos. Las mezclas no tienen límite ni en el número de sustancias ni en las cantidades de estas, aunque en la mayoría de las soluciones, la proporción soluto-disolvente solo 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; estas se encuentran en igual proporción en toda la mezcla. Dicho de otro modo, una mezcla homogénea será la misma independientemente del punto de la mezcla del que se tome la muestra. Por ejemplo, si una solución sólido-líquido se divide en dos mitades de igual volumen , ambas mitades contendrán cantidades iguales tanto del medio líquido como del sólido disuelto (disolvente y soluto).

Mezclas heterogéneas

Ejemplos de mezclas heterogéneas son las emulsiones y las espumas . En la mayoría de los casos, la mezcla consta de dos componentes principales. En una emulsión, estos son fluidos inmiscibles como el agua y el aceite. En una espuma, son un sólido y un fluido, o un líquido y un gas. A mayor escala, ambos componentes están presentes en cualquier región de la mezcla, y en una mezcla bien mezclada, en concentraciones iguales o ligeramente variables. Sin embargo, a escala microscópica, uno de los componentes está ausente en casi cualquier región suficientemente pequeña. (Si dicha ausencia es común a escala macroscópica, la combinación de los componentes es un medio disperso , no una mezcla). Se pueden distinguir diferentes características de las mezclas heterogéneas por la presencia o ausencia de percolación continua de sus componentes. En una espuma, se distingue entre espuma reticulada, en la que un componente forma una red conectada a través de la cual el otro puede percolar libremente, y espuma de celda cerrada, en la que un componente está presente atrapado en pequeñas celdas cuyas paredes están formadas por los otros componentes. Una distinción similar es posible para las emulsiones. En muchas emulsiones, un componente está presente en forma de regiones aisladas, generalmente de forma globular, dispersas en el otro componente. Sin embargo, también es posible que cada componente forme una red grande y conectada. Dicha mezcla se denomina entonces bicontinua . ^{[ 13 ]}

La distinción entre mezclas homogéneas y heterogéneas depende de la escala de muestreo. A una escala suficientemente amplia, cualquier mezcla puede considerarse homogénea si se considera la totalidad de la muestra. A una escala suficientemente fina, cualquier mezcla puede considerarse heterogénea, ya que una muestra podría ser tan pequeña como una sola molécula. En la práctica, si la propiedad de interés de la mezcla es la misma independientemente de la muestra utilizada para el análisis, la mezcla es homogénea.

La teoría de muestreo de Gy define cuantitativamente la heterogeneidad de una partícula como: ^{[ 14 ]}

${\displaystyle h_{i}={\frac {(c_{i}-c_{\text{lote}})m_{i}}{c_{\text{lote}}m_{\text{promedio}}}},}$

dónde${\displaystyle h_{i}}$,${\displaystyle c_{i}}$,${\displaystyle c_{\text{lote}}}$,${\displaystyle m_{i}}$, y${\displaystyle m_{\text{aver}}}$son respectivamente: la heterogeneidad de la${\displaystyle i}$partícula de la población, la concentración de masa de la propiedad de interés en la${\displaystyle i}$partícula de la población, la concentración de masa de la propiedad de interés en la población, la masa de la${\displaystyle i}$la partícula en la población y la masa promedio de una partícula en la población.

Durante el muestreo de mezclas heterogéneas de partículas, la varianza del error de muestreo generalmente no es 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:

${\displaystyle V={\frac {1}{(\sum _{i=1}^{N}q_{i}m_{i})^{2}}}\sum _{i=1}^{N}q_{i}(1-q_{i})m_{i}^{2}\left(a_{i}-{\frac {\sum _{j=1}^{N}q_{j}a_{j}m_{j}}{\sum _{j=1}^{N}q_{j}m_{j}}}\right)^{2},}$

donde V es la varianza del error de muestreo, N es el número de partículas en la población (antes de tomar la muestra), q _i es la probabilidad de incluir la i -ésima partícula de la población en la muestra (es decir, la probabilidad de inclusión de primer orden de la i -ésima partícula), m _i es la masa de la i -ésima partícula de la población y a _i 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 lo tanto, puede reemplazarse por el símbolo q . La ecuación de Gy para la varianza del error de muestreo se convierte en:   

${\displaystyle V={\frac {1-q}{qM_{\text{batch}}^{2}}}\sum _{i=1}^{N}m_{i}^{2}\left(a_{i}-a_{\text{batch}}\right)^{2},}$

donde un _lote es la concentración de la propiedad de interés en la población de la cual se va a extraer la muestra y M _lote es la masa de la población de la cual se va a extraer la muestra.

Las investigaciones sobre la contaminación atmosférica muestran que los efectos biológicos y en la salud tras la exposición a mezclas de contaminantes son más potentes que los efectos de la exposición a componentes individuales. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

• sustancia química
• Mezcla (ingeniería de procesos)

• IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " mezcla ". doi : 10.1351/goldbook.M03949