METÓDY SEPARÁCIE HOMOGÉNNYCH ZMESÍ - CHÉMIA - 2026

Tieto metódy separácie homogénnej zmesi sú tie, ktoré sú, bez použil chemických reakcií, čím sa získajú produkty komponenty alebo rozpustené látky, ktoré integrujú rovnakú fázu; to znamená z kvapaliny, tuhej látky alebo plynu.

Takéto homogénne zmesi pozostávajú z roztokov, v ktorých sú častice rozpustenej látky príliš malé na to, aby ich bolo možné rozlíšiť voľným okom. Sú tak malé, že neexistujú dostatočne úzke alebo selektívne filtre, ktoré by ich udržali, kým ich roztok prechádza. Nepomáhajú ani ich separačné techniky, ako je odstreďovanie alebo magnetizácia.

Ilustratívny príklad toho, ako je možné homogénne zmesi rozdeliť po etapách. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Hore je príklad toho, ako sa riešenia delia na svoje komponenty. Počiatočná zmes (hnedá) sa rozdelí na dve zložky, ktoré sú rovnako homogénne (oranžová a fialová). Nakoniec sa z dvoch výsledných zmesí získa rozpúšťadlo (biela) a štyri príslušné páry rozpustených látok (červeno-žltá a červeno-modrá).

Medzi metódy alebo techniky na separáciu roztokov patrí odparovanie, destilácia, chromatografia a frakčná kryštalizácia. V závislosti od zložitosti zmesi môže byť potrebné použiť viac ako jednu z týchto metód, kým sa nezruší homogenita.

Hlavné metódy separácie zmesí

- Odparovanie

Odparovanie je najjednoduchšia metóda na oddelenie homogénnych zmesí jednej rozpustenej látky.

Najjednoduchšie homogénne zmesi sú roztoky, v ktorých sa rozpustil jediný solut. Napríklad na obrázku vyššie je farebný roztok spôsobený absorpciou a odrazom viditeľného svetla s časticami jeho rozpustenej látky.

Ak bolo počas prípravy dobre pretrepané, nebudú tu žiadne svetlejšie alebo tmavšie oblasti ako ostatné; všetky sú rovnaké, jednotné. Tieto farebné častice nie je možné oddeliť od rozpúšťadla pomocou žiadnej mechanickej metódy, takže na dosiahnutie tohto cieľa budete potrebovať energiu vo forme tepla (červený trojuholník).

Takto sa zafarbený roztok zahrieva pod otvorenou oblohou, aby sa urýchlil a aby sa rozpúšťadlo odparilo z nádoby. Keď sa to stane, objem, ktorý oddeľuje častice rozpustenej látky, sa zmenšuje, a preto sa ich interakcie zvyšujú a pomaly sa usadzujú.

Konečným výsledkom je, že zafarbená rozpustená látka zostáva na dne nádoby a rozpúšťadlo sa úplne odparí.

Nevýhodou pri odparovaní je to, že skôr ako oddelenie solutov je jeho cieľom odstránenie rozpúšťadla jeho zahriatím na teplotu varu. Zostávajúca pevná látka môže byť zložená z viac ako jednej rozpustenej látky, a preto sú na jej definovanie vo svojich izolovaných zložkách potrebné ďalšie separačné metódy.

- Destilácia

destilácia

Destilácia je pravdepodobne najrozšírenejší spôsob separácie homogénnych roztokov alebo zmesí. Jeho použitie sa vzťahuje na soli alebo roztavené kovy, kondenzované plyny, zmesi rozpúšťadiel alebo organické extrakty. Solut je väčšinou kvapalina, ktorej teplota varu sa líši o niekoľko stupňov od teploty rozpúšťadla.

Ak je rozdiel medzi týmito bodmi varu vysoký (vyšší ako 70 ° C), použije sa jednoduchá destilácia; a ak nie, uskutoční sa frakčná destilácia. Obidve destilácie majú viacero nastavení alebo vzorov, ako aj odlišnú metodiku pre zmesi rôznej chemickej povahy (prchavé, reaktívne, polárne, nepolárne atď.).

Pri destilácii sú rozpúšťadlo aj rozpustené látky konzervované a to je jeden z ich hlavných rozdielov, pokiaľ ide o odparovanie.

Rotačné odparovanie však kombinuje tieto dva aspekty: zmes kvapalina-pevná látka alebo kvapalina-kvapalina, ako napríklad rozpustený a miešateľný olej, sa zahrieva, kým sa neodstráni rozpúšťadlo, ale táto sa zhromažďuje v inej nádobe, zatiaľ čo tuhá látka alebo olej zostáva. v pôvodnom obale.

Destilácia vzduchom

Kondenzovaný vzduch sa podrobí kryogénnej frakčnej destilácii, aby sa odstránil kyslík, dusík, argón, neón atď. Vzduch, homogénna plynná zmes, sa premení na kvapalinu, kde dusík, ako majoritná zložka, teoreticky pôsobí ako rozpúšťadlo; a ďalšie plyny, tiež kondenzované, ako kvapalné rozpustené látky.

- Chromatografia

Chromatografia, na rozdiel od iných techník, nemôže poskytnúť ani na diaľku podobné výnosy; to znamená, že to nie je užitočné na spracovanie celej zmesi, ale iba jej zanedbateľná časť. Informácie, ktoré poskytuje, sú však analyticky mimoriadne cenné, pretože identifikujú a klasifikujú zmesi na základe ich zloženia.

Papierová alebo tenkovrstvová chromatografia. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Existujú rôzne typy chromatografie, ale najjednoduchšia, tá, ktorá je vysvetlená na vysokých školách alebo preduniverzitných kurzoch, je papier, ktorého princíp je rovnaký ako ten, ktorý sa vyvinul na tenkej vrstve absorpčného materiálu (zvyčajne na silikagéli).

Obrázok hore ukazuje, že kadička naplnená vodou alebo určitým rozpúšťadlom sa umiestni na papier, ktorý je označený referenčnou čiarou kvapkami alebo bodkami troch vybraných pigmentov (oranžová, fialová a zelená). Kadička sa udržiava uzavretá tak, že tlak je konštantný a je nasýtený parami rozpúšťadla.

Potom tekutina začne stúpať z papiera a nesie pigmenty. Interakcie pigmentového papiera nie sú všetky rovnaké: niektoré sú silnejšie, niektoré slabšie. Čím väčšia je afinita pigmentu k papieru, tým menej bude stúpať papierom vzhľadom na čiaru, ktorá bola pôvodne označená.

Napríklad: červený pigment je ten, ktorý má nižšiu afinitu k rozpúšťadlu, zatiaľ čo žltý sotva stúpa kvôli tomu, že si ho papier viac uchová. Rozpúšťadlo sa potom považuje za mobilnú fázu a papier stacionárnu fázu.

- Frakčná kryštalizácia

Ilustratívny príklad frakčnej kryštalizácie. Zdroj: Gabriel Bolívar.

A na záver je tu frakčná kryštalizácia. Táto metóda by sa dala snáď klasifikovať ako hybridná, pretože začína od homogénnej zmesi až po heterogénnu. Predpokladajme napríklad, že máte roztok, v ktorom sa rozpustila zelená tuhá látka (horný obrázok).

Zelené častice sú príliš malé na to, aby sa separovali ručne alebo mechanicky. Tiež sa zistilo, že zelená tuhá látka je zmesou dvoch zložiek a nie jednej zlúčeniny tejto farby.

Potom sa jeho roztok zahrieva a nechá sa odpočívať, kým sa ochladí. Ukazuje sa, že tieto dve zložky, aj keď spolu úzko súvisia, ich rozpustnosť v určitom rozpúšťadle je trochu odlišná; preto jedna z dvoch začne kryštalizovať najskôr a potom druhá.

Modro-zelená zložka (v strede obrázka) kryštalizuje ako prvá, zatiaľ čo žltá zložka zostáva rozpustená. Pretože existujú modrasto-zelené kryštály, sú pred filtráciou za horúca prefiltrované. Potom, ako sa rozpúšťadlo trochu ochladzuje, žltá zložka kryštalizuje a uskutoční sa ďalšia filtrácia.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Chelsea Schuyler. (2019). Chromatografia, destilácia a filtrácia: Metódy separácie zmesí. Štúdia. Obnovené z: study.com
3. Nadácia CK-12. (16. októbra 2019). Metódy separácie zmesí. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
4. Dobrá veda. (2019). Separácia zmesí. Získané z: goodscience.com.au
5. Clark Jim. (2007). Chromatografia na tenkej vrstve. Získané z: chemguide.co.uk