Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

W przyrodzie niezwykle trudno jest znaleźć pożądane substancje w stanie czystym, niewymagające dodatkowego oczyszczenia przed zastosowaniem. Najczęściej występują w przeróżnych typach mieszanin. Nazywa się nią układ dwóch lub więcej pierwiastków lub związków chemicznych, które są zmieszane ze sobą w dowolnym stosunku. Istnieje wiele sposobów rozdziału mieszaninmieszaninamieszanin, a ich dobór uzależniony jest od czynników, takich jak:

  • właściwości chemiczne i fizyczne składników mieszaniny,

  • skala procesu rozdziału,

  • pożądany stopień oczyszczenia,

  • zawartość oddzielanego składnika w mieszaninie,

  • koszty surowca i odzyskiwanego produktu,

  • rodzaj mieszaniny i ilości zawartych w niej składników,

  • aspekty ekologiczne.

W mieszaninach mamy do czynienia z fazą rozproszoną (jedną lub wieloma) oraz fazą rozpraszającą, która wypełnia całą jej przestrzeń.

Mieszaniny możemy podzielić na:

  • jednofazowe (jednorodne, homogeniczne), czyli takie których składniki stanowią jedną fazę i których nie można rozróżnić gołym okiem ani za pomocą prostych przyrządów opycznych (np. lupy). Do mieszanin jednorodnych zaliczamy np. cukier lub sól kamienna rozpuszczone w wodzie;

  • wielofazowe (heterogeniczne, niejednorodne), czyli takie układy, których składniki stanowią odrębne fazy, które można rozróżnić gołym okiem lub za pomocą prostych przyrządów optycznych (np. lupy). Do mieszanin niejednorodenych zaliczamy skały, mieszaninę cukru i piasku czy wody z olejem.

bg‑pink

Metody rozdziału mieszanin

Aby ustalić skład próbki mieszaniny, należy rozdzielić ją na składniki i dokonać identyfikacji zawartych w niej substancji. Metody służące do rozdzielania substancji opierają się na różnicach we właściwościach fizykochemicznych.

bg‑gray2

Rozdział mieszanin niejednorodnych

W celu rozdzielenia mieszanin niejednorodnychmieszanina heterogenicznamieszanin niejednorodnych wykorzystuje się różnice właściwości składników tworzących tą mieszaninę. Do takich różnic należą:

RwLL1z1MVSG8v
Wygląd Można dokonać rozdziału mechanicznego lub ręcznego np. rozdział ziaren grochu od piasku przy użyciu sita., Właściwości magnetyczne Przy zastosowaniu magnesu można oddzielić np. żelazo od soli., Rozpuszczalność Stosując różnice wynikające z rozpuszczalności substancji można np. z mieszaniny chlorku soli, siarki i wody oddzielić wszystkie składniki.
Różnice w właściwościach składników mieszaniny
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Sposoby rozdziału mieszanin niejednorodnych:

RLw50BY2cnixb
Sączenie (filtracja) W metodzie sączenia wykorzystywane są różnice w stanie skupienia składników. Cała mieszanina przenoszona jest na sączek z bibuły lub sączek ze szklanym porowatym dnem. Ciało stałe zostaje na sączku, a ciecz tworzy klarowny przesącz. Jako przykład z życia codziennego można podać filtry do kawy. Zdjęcie przedstawiające zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem, z wykorzystaniem pomby z regulacją ciśnienia, która połączona jest z tubusem naczynia, nad którym umieszczony jest specjalny lejek. Źródło: www.pixabay.com; licencja: domena publiczna, Sedymentacja Powolne opadanie ciała stałego rozproszonego w cieczy (pod wpływem siły ciężkości). Zdjęcie przedstawiające dwie szklanki stojące płaskim okrągłym kamieniu nad wodą. W pierwszej znajduje się klarowna, przejrzysta woda, nad brązowym osadem, który osadził się na dnie. W drugiej szklance osad wypełnia całą objętość szklanki. Źródło: www.commons.wikimedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0 , Dekantacja Rozdzielenie ciała stałego od cieczy, przez powolne zlewanie cieczy znad ciała stałego w taki sposób, aby osad pozostał na dnie. Tym sposobem można rozdzielić substancje różniące się stanem skupienia i gęstością. W życiu codziennym ta metoda jest często wykorzystywana w kuchni podczas gotowania makaronu czy ziemniaków, po ugotowaniu zlewa się wodę., Sublimacja i resublimacja Rozdzielanie substancji stałych, które podczas ogrzewania przechodzą w stan gazowy. Po osiągnięciu stanu gazowego substancja resublimuje, tworząc kryształy na ochłodzonej powierzchni. Można rozdzielić substancje różniące się zdolnością do sublimacji., Elektroforeza Metodę można zastosować dla substancji, których cząsteczki posiadają zdolność do przemieszczania się pod wpływem napięcia elektrycznego. Stosowana jest do rozdzielania zolu przy wykorzystaniu ruchu naładowanych cząstek w polu elektrycznym. Zdjęcie przedstawiające komorę służącą do przeprowadzania elektroforezy. Jest wykonana z tworzywa sztucznego, w jej wnętrzu umieszczone są elektrody oraz specjalne wypełnienie. Źródło: www.commons.wikimedia.org, lincencja: CC BY-SA 4.0 , Magnetyczne rozdzielanie Rozdział mieszaniny stałej z zastosowaniem magnesu, na przykład opiłki żelaza i piasek lub siarka (żelazo będzie przyciągane przez magnes). Zdjęcie przedstawiające mieszaninę piasku i żelaza umieszczoną na szalce Petriego. Na fotografii znajduje się również dłoń, która trzyma magnes, do którego przyczepiło się żelazo z mieszaniny. Flotacja Mieszanina zostaje wprowadzona do wody i napowietrzona, wykorzystywana jest w tej metodzie zdolność do hydratacji. Substancje które jej ulegają tworzą zawiesinę w wodzie, a składnik słabo zwilżalny unosi się z pianą na powierzchni. Metoda zastosowana np. do rozdziału rozdrobnionego węgla od złoża. Zdjęcie przedstawiające flotację. Woda wypływa z licznych otworów dwóch cienkich rur i trafia do zbiornika z wodą, co powoduje jej napowietrzenie i rozdział składników. Źródło: www.wikipedia.org, Xstrata Technology, licencja: CC BY-SA 3.0 , Przesiewanie Za pomocą sita o ustalonej wielkości oczek można dokonać rozdziału składników o różnym stopniu rozdrobnienia. Metoda ta stosowana jest na przykład przy produkcji materiałów budowlanych.
Sposoby rozdziału mieszanin niejednorodnych
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑gray2

Rozdział mieszanin jednorodnych

Sposoby rozdziału mieszanin jednorodnychmieszanina homogenicznamieszanin jednorodnych:

R13G2q6ixwwBl
Odparowanie jest to metoda rozdziału roztworu właściwego, w którym rozpuszczone ciało stałe posiada wysoką temperaturę wrzenia. Przykładowo, wodny roztwór chlorku soli można rozdzielić poprzez odparowanie wody, gdyż chlorek sodu jest substancją nielotną (jego temperatura wrzenia wynosi ok 1413ºC)., Destylacja inna metoda, wykorzystująca różnice w temperaturze wrzenia składników mieszaniny, polegająca na ogrzewaniu rozdzielanej mieszaniny w kolbie (zaopatrzonej w kamyczki wrzenne) do temperatury wrzenia jednego ze składników mieszaniny (od najniższej temperatury wrzenia), następnie opary tej substancji kierowane są w stronę chłodnicy, w której dzięki chłodzeniu następuje ich skraplanie, a otrzymany w ten sposób destylat gromadzony jest w odbieralniku. W wyniku takiego rozdziału możliwe jest również oddzielenie składników wodnego roztworu chlorku soli. Jednak metoda ta słynie z rozdziału mieszanin ciekłych, jak np. składników ropy naftowej. Ilustracja przedstawiająca aparaturę do destylacji prostej. Od lewej, u dołu płaszcz grzejny, nad którym umocowana jest kolba okrągłodenna zawierająca kamyczki wrzenne oraz oczyszczaną mieszaninę cieczy. Kolba połączona jest z nasadką destylacyjną, w której umieszczony jest termometr, prawe ujście nasadki połączone jest z chłodnicą wodną pochyloną w dół po skosie, u dołu której znajduje się wlot na wodę, zaś u góry wylot. Chłodnica łączy się z przedłużaczem, a ten z odbieralnikiem. Rektyfikacja jest to odmiana destylacji, pozwalająca na rozdział składników o bardzo niewielkich różnicach w temperaturach wrzenia. Rozdział ten jest możliwy dzięki specjalnym kolumnom rektyfikacyjnym, których wnętrze wypełniają przestrzenie,a w nich wielokrotnie skraplane i odparowywane są składniki mieszaniny., Wymiana jonowa jest to metoda, która polega na wymianie ruchliwych jonów, obecnych w roztworze, na inne jony o tym samym znaku, znajdujące się na jonicie. Jonity to polimery (żywice jonowymienne), które na swojej powierzchni posiadają jony H+ (kationity) lub OH- (anionity). Zużyte jonity można regenerować, przemywając odpowiednio roztworem kwasu lub zasady. Przykładem zastosowania tej metody jest otrzymywanie wody demineralizowanej, poprzez przepuszczenie zasolonej wody (przez NaCl) przez warstwę jonitu, co powoduje wiązanie kationów sodowych oraz anionów chlorkowych przez żywicę., Krystalizacja jest to proces polegający na wydzielaniu się fazy krystalicznej rozpuszczonej substancji stałej z roztworu. Możliwa jest na skutek zatężenia roztworu, oziębienia roztworu lub po jego wysoleniu (w wyniku dodania innej substancji zmniejszającej rozpuszczalność substancji, którą chcemy oddzielić). Przykładem tego procesu jest krystalizacja soli z roztworu solanki., Adsorpcja jest to metoda polegająca na wykorzystaniu podłoża do przyczepienia do swojej powierzchni składników mieszaniny. Substancje, mające zdolności do adsorpcji składników na swojej powierzchni, nazywa się adsorbentami. Typowym adsorbentem stosowanym w laboratoriach, jak i na skalę przemysłową, jest węgiel aktywny., Chromatografia jest to metoda służąca do rozdziału mieszanin poprzez wykorzystanie różnic w szybkości przemieszczania się składników mieszaniny względem podłoża (np. bibuły, silikażel lub tlenek glinu na szklanej płytce, silikażel w szklanej kolumnie chromatograficznej) po zastosowaniu odpowiednio dobranego eluentu., Ekstrakcja jest to metoda polegająca na wyodrębnianiu jednego lub więcej składników mieszaniny poprzez zastosowanie dyfuzji tego składnika do cieczy lepiej go rozpuszczającej.
Sposoby rozdziału mieszanin jednorodnych
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

ekstrakcja
ekstrakcja

jest to wyodrębnianie jednego lub więcej składników z mieszaniny metodą dyfuzji do cieczy lepiej rozpuszczających te związki chemiczne

dyfuzja
dyfuzja

jest to proces polegający na samorzutnym przenikaniu cząsteczek jednej substancji do drugiej, prowadzące do wyrównania stężenia

chromatografia
chromatografia

jest to metoda służąca do rozdziału składników mieszaniny jednorodnej, wykorzystująca różnice w szybkości pomieszczania się składników tej mieszaniny względem podłoża, tj. np. bibuła, silikażel, przy użyciu odpowiedniego eluentu

eluent
eluent

jest to rozpuszczalnik lub mieszanina rozpuszczalników, wymywająca substancje zaadsorbowane na fazie stałej podczas chromatografii; proces ten nosi nazwę elucji, a otrzymywany w ten sposób roztwór to eluat

dekantacja
dekantacja

jest to metoda rozdzielania mieszaniny niejednorodnej ciała stałego i cieczy, która polega na zlaniu cieczy znad osadu

destylacja
destylacja

jest to metoda rozdziału mieszanin ciekłych, wykorzystująca różnice w temperaturach wrzenia składników, która polega na przeprowadzeniu w stan pary tych składników (po kolei), a następnie ich skropleniu

kamyczki wrzenne
kamyczki wrzenne

ciało stałe o nieregularnym kształcie, np. stłuczona porcelana, stosowane podczas destylacji oraz długotrwałego ogrzewania cieczy, które zapobiega miejscowemu przegrzaniu cieczy

krystalizacja
krystalizacja

jest to metoda rozdziału mieszanin jednorodnych (powstałych w wyniku rozpuszczenia ciała stałego w cieczy), która polega na wydzieleniu tej substancji w fazie krystalicznej, na skutek zatężenia roztworu, oziębienia roztworu lub jego wysolenia

odparowanie
odparowanie

jest to metoda rozdziału mieszanin jednorodnych (powstałych w wyniku rozpuszczenia ciała stałego w cieczy), która polega na ogrzewaniu ciekłej mieszaniny w celu odparowania cieczy

sączenie (filtracja)
sączenie (filtracja)

jest to metoda rozdzielania mieszaniny niejednorodnej ciała stałego od cieczy przy użyciu sączka umieszczonego w lejku lub sita, na którym oddzielone zostaje ciało stałe

sedymentacja
sedymentacja

jest to metoda rozdziału mieszanin niejednorodnych, która wykorzystuje opadanie na dno naczynia ciała stałego w cieczy na skutek siły ciężkości

mieszanina
mieszanina

składa się z dwóch lub więcej substancji, w przypadku których nie występuje połączenie chemiczne

mieszanina homogeniczna
mieszanina homogeniczna

mieszanina jednorodna, której składniki nie są rozróżnialne gołym okiem oraz za pomocą prostych przyrządów optycznych (lupy, mikroskopu); jej składniki stanowią jedną fazę

mieszanina heterogeniczna
mieszanina heterogeniczna

mieszanina niejednorodna, której składniki są rozróżnialne gołym okiem lub za pomocą mikroskopu; jej składniki stanowią odrębne fazy

Słownik

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Chemia ogólna i nieorganiczna, Gdynia 2005.