- Główne metody rozdzielania mieszanin
- - Parowanie
- - destylacja
- Destylacja powietrzna
- - Chromatografia
- - Krystalizacja frakcyjna
- Bibliografia
Te sposoby rozdzielania mieszanin jednorodnych są tymi, które bez stosowania reakcji chemicznych pozwala na uzyskanie elementów i substancje rozpuszczone, które integrują się z tą samą fazą; to znaczy cieczy, ciała stałego lub gazu.
Takie jednorodne mieszaniny składają się z roztworów, w których cząstki substancji rozpuszczonej są zbyt małe, aby można je było rozróżnić gołym okiem. Są tak małe, że nie ma filtrów wystarczająco wąskich lub selektywnych, aby je zatrzymać, gdy roztwór przez nie przechodzi. Żadna z nich nie pomaga w ich technikach separacji, takich jak wirowanie lub magnetyzacja.
Ilustrujący przykład tego, jak jednorodne mieszaniny można rozdzielać etapami. Źródło: Gabriel Bolívar.
Powyżej znajduje się przykład rozdzielania się rozwiązań na części składowe. Początkowa mieszanina (brązowa) jest rozdzielana na dwa składniki, jednakowo jednorodne (pomarańczowy i fioletowy). Ostatecznie z dwóch powstałych mieszanin otrzymuje się rozpuszczalnik (biały) i cztery odpowiednie pary substancji rozpuszczonych (czerwono-żółtą i czerwono-niebieską).
Wśród metod lub technik rozdzielania roztworów mamy odparowanie, destylację, chromatografię i krystalizację frakcyjną. W zależności od złożoności mieszanki może być konieczne zastosowanie więcej niż jednej z tych metod, aż do zerwania jednorodności.
Główne metody rozdzielania mieszanin
- Parowanie
Odparowanie to najprostsza metoda rozdzielania jednorodnych mieszanin jednej substancji rozpuszczonej.
Najprostsze jednorodne mieszaniny to roztwory, w których rozpuściła się jedna substancja rozpuszczona. Na przykład na powyższym obrazku znajduje się kolorowy roztwór z powodu pochłaniania i odbijania światła widzialnego z cząstkami jego substancji rozpuszczonej.
Jeśli zostanie dobrze wstrząśnięty podczas przygotowania, nie będzie jaśniejszych ani ciemniejszych regionów niż inne; wszystkie są równe, jednolite. Tych kolorowych cząstek nie można oddzielić od rozpuszczalnika żadną metodą mechaniczną, więc aby to osiągnąć, będziesz potrzebować energii w postaci ciepła (czerwony trójkąt).
W ten sposób kolorowy roztwór jest podgrzewany pod gołym niebem, aby przyspieszyć i umożliwić odparowanie rozpuszczalnika z pojemnika. Kiedy to się dzieje, objętość, która oddziela cząstki substancji rozpuszczonej zmniejsza się, a zatem ich interakcje zwiększają się i powoli kończą się osiadaniem.
W rezultacie zabarwiona substancja rozpuszczona pozostaje na dnie pojemnika, a rozpuszczalnik całkowicie wyparował.
Wadą parowania jest to, że zamiast oddzielania substancji rozpuszczonych, jej celem jest wyeliminowanie rozpuszczalnika poprzez ogrzanie go do temperatury wrzenia. Pozostałe ciało stałe może składać się z więcej niż jednej substancji rozpuszczonej, dlatego też inne metody separacji są wymagane do zdefiniowania jej w wyizolowanych składnikach.
- destylacja
Destylacja
Destylacja jest prawdopodobnie najpowszechniej stosowaną metodą rozdzielania jednorodnych roztworów lub mieszanin. Jego zastosowanie obejmuje sole lub stopione metale, skondensowane gazy, mieszaniny rozpuszczalników lub ekstrakty organiczne. Substancja rozpuszczona jest przeważnie cieczą, której temperatura wrzenia różni się o kilka stopni od temperatury wrzenia rozpuszczalnika.
Gdy różnica między tymi temperaturami wrzenia jest duża (większa niż 70 ° C), stosuje się zwykłą destylację; a jeśli nie, to przeprowadza się destylację frakcyjną. Obie destylacje mają wiele konfiguracji lub konstrukcji, a także inną metodologię dla mieszanin o różnym charakterze chemicznym (lotne, reaktywne, polarne, niepolarne itp.).
Podczas destylacji zachowuje się zarówno rozpuszczalnik, jak i substancje rozpuszczone i jest to jedna z głównych różnic w zakresie parowania.
Jednak odparowanie obrotowe łączy te dwa aspekty: mieszanina ciecz-ciało stałe lub ciecz-ciecz, taka jak rozpuszczony i mieszalny olej, jest podgrzewana do usunięcia rozpuszczalnika, ale jest on gromadzony w innym pojemniku, podczas gdy ciało stałe lub olej pozostaje. w początkowym pojemniku.
Destylacja powietrzna
Skroplone powietrze poddawane jest kriogenicznej destylacji frakcyjnej w celu usunięcia tlenu, azotu, argonu, neonu itp. Powietrze, jednorodna mieszanina gazowa, zamienia się w ciecz, w której azot, jako składnik większościowy, teoretycznie działa jako rozpuszczalnik; i inne gazy, również skondensowane, jako ciekłe substancje rozpuszczone.
- Chromatografia
Chromatografia, w przeciwieństwie do innych technik, nie może zapewnić nawet w niewielkim stopniu podobnych wydajności; to znaczy, nie jest przydatny do przetwarzania całej mieszaniny, ale tylko jej nieznacznej części. Jednak informacje, które dostarcza, są analitycznie niezwykle cenne, ponieważ identyfikują i klasyfikują mieszaniny na podstawie ich składu.
Chromatografia papierowa lub cienkowarstwowa. Źródło: Gabriel Bolívar.
Istnieją różne rodzaje chromatografii, ale najprostsza, wyjaśniana na studiach lub na kursach przed uniwersytetem, to chromatografia papierowa, której zasada jest taka sama, jak ta opracowana na cienkiej warstwie materiału chłonnego (zwykle żelu krzemionkowego).
Na powyższym obrazku widać, że zlewkę wypełnioną wodą lub pewnym rozpuszczalnikiem umieszcza się na papierze, który został oznaczony linią odniesienia kroplami lub kropkami trzech wybranych pigmentów (pomarańczowego, fioletowego i zielonego). Zlewka jest zamknięta, aby ciśnienie było stałe i nasycona oparami rozpuszczalnika.
Następnie płyn zaczyna unosić papier i przenosi pigmenty. Interakcje pigment-papier nie są takie same: niektóre są silniejsze, inne słabsze. Im większe powinowactwo pigmentu do papieru, tym mniej będzie wznosił się przez papier względem linii, która była początkowo zaznaczona.
Na przykład: czerwony pigment jest tym, który odczuwa najmniejsze powinowactwo do rozpuszczalnika, podczas gdy żółty prawie się nie podnosi, ponieważ papier bardziej go zatrzymuje. Mówi się wtedy, że rozpuszczalnik jest fazą ruchomą, a papier - fazą stacjonarną.
- Krystalizacja frakcyjna
Ilustrujący przykład krystalizacji frakcyjnej. Źródło: Gabriel Bolívar.
I na koniec krystalizacja frakcyjna. Tę metodę można prawdopodobnie zaklasyfikować jako hybrydę, ponieważ zaczyna się od jednorodnej mieszaniny, a kończy na heterogenicznej. Na przykład załóżmy, że masz rozwiązanie, w którym rozpuściła się zielona substancja stała (górny obraz).
Zielone cząsteczki są zbyt małe, aby można je było oddzielić ręcznie lub mechanicznie. Stwierdzono również, że zielona substancja stała jest mieszaniną dwóch składników, a nie pojedynczego związku tego koloru.
Następnie jego roztwór jest podgrzewany i pozostawiony do odpoczynku, aż ostygnie. Okazuje się, że te dwa składniki, chociaż są ze sobą blisko spokrewnione, ich rozpuszczalności w pewnym rozpuszczalniku są nieco inne; dlatego jeden z nich zacznie się najpierw krystalizować, a potem drugi.
Składnik niebiesko-zielony (w środku obrazu) jest pierwszym, który krystalizuje, podczas gdy składnik żółty pozostaje rozpuszczony. Ponieważ istnieją niebieskawo-zielone kryształy, są one filtrowane na gorąco, zanim pojawią się żółte kryształy. Następnie, gdy rozpuszczalnik ostygnie nieco bardziej, żółty składnik krystalizuje i przeprowadzana jest kolejna filtracja.
Bibliografia
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia (8th ed.). CENGAGE Learning.
- Chelsea Schuyler. (2019). Chromatografia, destylacja i filtracja: metody rozdzielania mieszanin. Badanie. Odzyskany z: study.com
- Fundacja CK-12. (16 października 2019). Metody rozdzielania mieszanin. Chemistry LibreTexts. Odzyskane z: chem.libretexts.org
- Dobra nauka. (2019). Separacja mieszanin. Odzyskany z: goodscience.com.au
- Clark Jim. (2007). Chromatografia cienkowarstwowa. Źródło: chemguide.co.uk