Metody rozdzielania mieszanin homogenicznych i heterogenicznych

Znajomość metod separacji homogenicznych i heterogenicznych mieszanin może być konieczna w przemyśle, w laboratoriach lub nawet w domu, aby użyć jednego lub więcej składników, które tworzą takie mieszaniny. Aby móc rozdzielić mieszaniny, potrzebny jest jeden lub więcej procesów, dzięki którym możliwe jest przeniesienie ich do oryginalnych komponentów.

Odpowiednie metody rozdzielania składników mieszaniny będą całkowicie zależały od fazy, w której się znajdują (z większym naciskiem na ten szczegół, jeśli mieszanina jest jednorodna), poziom jednorodności, jaki ona posiada, a nawet charakter związków, które formularz

W przyrodzie istnieją dwa rodzaje mieszanin, które mogą powstać między dwiema lub więcej substancjami chemicznymi: jednorodne, w których składniki są równomiernie rozłożone; i heterogeniczne, w których składniki mieszaniny nie mają jednolitego rozkładu lub mają zlokalizowane regiony o różnych właściwościach.

Największą różnicą między tymi mieszaninami jest to, że podczas gdy dwie próbki jednorodnego roztworu będą równe pod względem stężenia składników, dwie próbki niejednorodnej nie będą.

Niektóre złożone procesy, takie jak destylacja, frakcyjne zamrażanie i odparowywanie, pozwalają nam na użycie bardziej skutecznych środków niż siły mechaniczne, aby uzyskać całkowite oddzielenie składników ze względu na ich temperaturę topnienia, temperaturę wrzenia i inne wewnętrzne właściwości każdego z zaangażowanych gatunków.,

Metody rozdzielania jednorodnych mieszanin

Metody rozdzielania stosowane do jednorodnych mieszanin są bardziej złożone niż te stosowane do rozdzielania heterogenicznych.

Dzieje się tak, ponieważ proste zastosowanie siły mechanicznej nie wystarczy do oddzielenia cząstek, cieczy lub gazów związanych z inną cieczą lub gazem, dlatego należy wziąć pod uwagę inne indywidualne cechy, które można wykorzystać: rozpuszczalność, polarność i punkty wrzenia oraz zestalenie.

Destylacja

Destylacja jest metodą oczyszczania cieczy par excellence, która polega na oddzieleniu składników ciekłej mieszaniny przez selektywne gotowanie i kondensację.

Destylację można przeprowadzić w celu uzyskania całkowitego rozdzielenia składników lub uzyskania częściowego rozdzielenia, które zwiększa stężenie jakiegoś pożądanego składnika.

Ta technika wykorzystuje różnice w lotności między składnikami mieszaniny, aby doprowadzić temperaturę układu do najniższego zakresu wrzenia między składnikami, oddzielając ten pierwszy składnik od mieszaniny, i tak dalej, aż do uzyskania pożądanego wyniku.

Istnieje wiele rodzajów destylacji, między innymi prosta destylacja, frakcja, para, próżnia i inne.

To ostatnie odbywa się, gdy związki mają bardzo wysokie temperatury wrzenia, więc korzystne jest obniżenie ciśnienia układu, tak że punkt ten jest łatwiejszy do osiągnięcia w niższych temperaturach.

Chromatografia

Chromatografia jest techniką stosowaną w laboratoriach do rozdzielania mieszaniny. Mieszanina (lub „analit”) rozpuszcza się w płynie zwanym „fazą ruchomą”, który ma funkcję przenoszenia go przez strukturę o nazwie „faza stacjonarna”.

Ponieważ poszczególne związki mieszaniny przemieszczają się z różnymi prędkościami przez tę fazę stacjonarną, mieszanina jest rozdzielana przez składniki podczas tego procesu, co umożliwia określenie proporcji każdego składnika mieszaniny (jeśli taka jest intencja) lub po prostu w celu oczyszczenia analitu.

Uzyskany chromatogram służy do interpretacji wyników lub rozwoju procesu rozdzielania, obserwując wykreślone w nim wzory, aby rozpoznać, które składniki zostały rozdzielone iw jakiej proporcji.

Sprzęt wykorzystywany w tym procesie nazywany jest chromatografem i istnieją techniki w gazach i cieczach, co oznacza, że ​​można go wykonać w kolumnach lub w formie płaskiej.

Odparowanie

Parowanie jest techniką odparowywania, która zachodzi na powierzchni cieczy, gdy przechodzi ona do fazy gazowej.

Proces ten opiera się na przyłożeniu energii do mieszaniny cieczy, która jest ogrzewana aż do osiągnięcia temperatury wrzenia cieczy, która zostanie wyekstrahowana (zwykle woda), po czym możliwe jest oddzielenie tego składnika od mieszaniny.

Po uwolnieniu tego składnika z mieszaniny temperatura spadnie z powodu efektu zwanego chłodzeniem wyparnym.

Opady

Opady mają na celu utworzenie ciała stałego w roztworze; w rzeczywistości, gdy cząstki stałe powstają w ciekłym roztworze, nazywane są „osadami”.

Wytrącanie można przeprowadzić dodając do próbki środki strącające, które sprzyjają tworzeniu się osadu na dnie roztworu. W innych przypadkach występuje to jako efekt uboczny reakcji chemicznej między dwoma związkami.

W przypadku ciał stałych następuje starzenie termiczne metali, co jest zabiegiem powodującym osadzanie się metastabilnych faz w stopie. Są to zanieczyszczenia, które utwardzają materiał i zapobiegają defektom w jego sieci krystalicznej.

Proces ten stosuje się głównie w produkcji pigmentów, w usuwaniu soli z wody, w uzdatnianiu wody iw niektórych jakościowych analizach nieorganicznych.

Rekrystalizacja

Rekrystalizacja jest techniką oczyszczania chemicznego, która pozwala na ekstrakcję niepożądanego składnika (który jest rozpuszczony w małej ilości) z pożądanej substancji, zazwyczaj roztworu ciekłego.

Ta technika polega na rozpuszczeniu danej mieszaniny w rozpuszczalniku, który wytwarza nasycony roztwór. Roztwór ten pozostawia się do ochłodzenia, po czym rozpuszczalność związków w roztworze maleje.

Wreszcie pożądany związek będzie tworzył stałe kryształy, pozostawiając zanieczyszczenia w roztworze i może być ekstrahowany do wykorzystania w przyszłości.

Czystość krystalicznego osadu można zwiększyć, przepuszczając tę ​​substancję przez proces w kółko, usuwając coraz więcej zanieczyszczeń i zwiększając stężenie kryształów pożądanego związku.

Metody rozdzielania mieszanin heterogenicznych

Suszenie

Proces ten polega na przenoszeniu masy w celu usunięcia wody lub innego rozpuszczalnika z ciała stałego lub cieczy i stanowi wspólny proces w przemyśle przed przechowywaniem produktów do transportu lub sprzedaży.

Występuje głównie z wykorzystaniem źródła ciepła i strumienia powietrza lub ruchu mokrego ciała stałego w celu skutecznego oddzielenia cieczy od niego.

Istnieje kilka metod suszenia, w tym:

- Suszenie przez kontakt pośredni, co odbywa się na przykład przez gorące ściany.

- Bezpośrednie suszenie powietrzem i konwekcją.

- Suszenie dielektryczne, które wykorzystuje fale radiowe lub mikrofale.

- Suszenie sublimacyjne, które powoduje sublimację rozpuszczalnika z zamrożonej fazy stałej.

- Suszenie nadkrytyczne, które wykorzystuje przegrzaną parę do zagotowania wody w medium.

Suszenie odbywa się nie tylko przez zastosowanie ciepła, ponieważ może ono również wystąpić przez kanały gorącego powietrza lub naturalnie przez transfer masy.

Ten ostatni przykład wyjaśnia, dlaczego wilgotne obiekty wysychają na słońcu bez konieczności doprowadzania ich do temperatury wrzenia wody.

Ekstrakcja

Ekstrakcja jest procesem, który polega na oddzieleniu substancji z danej fazy do innej, która może być typu ciało stałe-ciało stałe lub ciecz-ciecz.

Opiera się ona na właściwości mieszalności i / lub względnej rozpuszczalności, wykorzystując trzy substancje, które oddziałują w procesie: substancję rozpuszczoną, medium, w którym znajduje się substancja rozpuszczona (zazwyczaj woda) i rozpuszczalnik organiczny.

Aby przeprowadzić najpowszechniejszy rodzaj ekstrakcji - ekstrakcję ciecz-ciecz - masz roztwór wodny, który należy oddzielić, w którym stosuje się rozpuszczalnik organiczny, który wychwytuje związek rozpuszczony w wodzie i przechwytuje, rozpuszczając go w tej nowej substancji i pozostawiając słabą wodę w substancji rozpuszczonej pod koniec procesu.

W przypadku ekstrakcji ciało stałe-ciało stałe przeprowadza się to zwykle na podstawie polarności analitu, przepuszczając polarny rozpuszczalnik, który wychwytuje najbardziej polarną substancję rozpuszczoną i usuwa go z niepolarnego, skutecznie oddzielając mieszaninę.

Filtracja

Reprezentuje prosty proces oddzielania ciał stałych od cieczy lub gazów. Filtracja to zestaw operacji mechanicznych, fizycznych lub biologicznych, które dodają medium filtracyjne między ciałem stałym a płynem.

Pozwala to na stworzenie przestrzeni, przez którą może przepływać tylko płyn (co będzie teraz nazywane filtrowaniem), podczas gdy ciała stałe zostaną uwięzione w medium do wykorzystania lub odrzucenia, zgodnie z tym, czego pragną analitycy.

Filtracja jest operacją fizyczną i może być stosowana na wiele sposobów: stosowane są filtry powierzchniowe, które są stałymi ekranami, które zatrzymują cząstki stałe z pomocą lub bez pomocy bibuły filtracyjnej; lub filtr głębokości, który jest złożem materiału ziarnistego, który zatrzymuje cząstki podczas przechodzenia przez nie cieczy lub gazu.

Zaletą filtra powierzchniowego jest to, że pozwala on na zbieranie stałych odpadów w stanie nienaruszonym, ale filtr głębokości jest mniej podatny na zatykanie ze względu na większą powierzchnię, w której odpady są wychwytywane.