- A keverékek elválasztásának fő módszerei
- - Párolgás
- - lepárlás
- Levegő desztilláció
- - Kromatográfia
- - frakcionált kristályosítás
- Irodalom
A homogén keverékek elválasztási módszerei mindazok, amelyek kémiai reakciók használata nélkül lehetővé teszik az azonos fázist integráló komponensek vagy oldott anyagok előállítását; vagyis folyékony, szilárd vagy gáz.
Az ilyen homogén keverékek olyan oldatokból állnak, amelyekben az oldott részecskék túl kicsi ahhoz, hogy szabad szemmel megkülönböztessék őket. Olyan kicsi, hogy nincsenek olyan szűk vagy szelektív szűrők, amelyek megtartanák őket, amíg az oldat áthalad rajtuk. Sem az ilyen elválasztási technikák, mint például centrifugálás vagy mágnesezés, segítséget nyújtanak.
Szemléltető példa arra, hogyan lehet homogén keverékeket szakaszosan elválasztani. Forrás: Gabriel Bolívar.
A fenti példa arra utal, hogy a megoldások hogyan szétválnak alkotóelemeikre. A kiindulási keveréket (barna) két, egyenlően homogén (narancssárga és lila) komponensre osztjuk. Végül a két kapott keverékből kapjuk az oldószert (fehér) és a négy oldott anyag párot (vörös-sárga és vörös-kék).
Az oldatok elválasztására szolgáló módszerek vagy technikák között szerepel a párologtatás, desztilláció, kromatográfia és frakcionált kristályosítás. A keverék bonyolultságától függően e módszerek közül egynél többet kell alkalmazni, amíg a homogenitás meg nem szűnik.
A keverékek elválasztásának fő módszerei
- Párolgás
Az elpárologtatás a legegyszerűbb módszer egyetlen oldott anyag homogén keverékeinek elválasztására.
A legegyszerűbb homogén keverékek olyan oldatok, amelyekben egyetlen oldott anyag feloldódott. Például a fenti képen egy színes megoldás található, a látható fény abszorpciója és visszaverődése miatt oldott részecskéivel.
Ha az előkészítés során jól rázta meg, akkor nem lesznek világosabb vagy sötétebb régiók, mint mások; mindegyik egyenlő, egységes. Ezeket a színes részecskéket semmilyen mechanikus módszerrel nem lehet elválasztani az oldószertől, ezért ehhez hőre (piros háromszög) van szükség energiára.
Így a színes oldatot szabad ég alatt melegítik, hogy felgyorsítsák és lehetővé tegyék az oldószer elpárolgását a tartályából. Amint ez megtörténik, az oldott részecskéket elválasztó térfogat csökken, ezért kölcsönhatásuk növekszik és lassan lerakódik.
A végeredmény az, hogy a színes oldott anyag a tartály alján marad, és az oldószer teljesen elpárolog.
A párologtatás hátránya, hogy az oldott anyag elválasztása helyett annak célja az oldószer eltávolítása oly módon, hogy forráspontjáig melegíti. A fennmaradó szilárd anyag egynél több oldott anyagból állhat, ezért az elválasztott komponensek meghatározásához más elválasztási módszerekre van szükség.
- lepárlás
Lepárlás
A desztilláció talán a legszélesebb körben alkalmazott módszer a homogén oldatok vagy keverékek elválasztására. Használata kiterjed a sókra vagy az olvadt fémekre, a kondenzált gázokra, az oldószerelegyekre vagy a szerves extraktumokra. Az oldott anyag általában folyadék, amelynek forráspontja több fokkal különbözik az oldószer forráspontjától.
Ha az ilyen forráspontok közötti különbség nagy (több mint 70 ºC), egyszerű desztillációt kell végezni; és ha nem, akkor frakcionált desztillációt hajtunk végre. Mindkét desztillációnak többféle beállítása vagy kialakítása van, valamint különféle módszerek vannak a különböző kémiai természetű keverékekre (illékony, reaktív, poláris, apoláris stb.).
A desztilláció során mind az oldószer, mind az oldott anyag konzerválódik, és ez az egyik fő különbség a párologtatás szempontjából.
A rotációs bepárlás azonban kombinálja ezt a két szempontot: egy folyékony-szilárd vagy folyékony-folyékony keveréket, például egy oldott és elegyedő olaj keverékét melegítjük, amíg az oldószer el nem oldódik, de ezt egy másik tartályban összegyűjtjük, míg a szilárd vagy olaj marad. az eredeti tartályban.
Levegő desztilláció
A kondenzált levegőt kriogén frakcionált desztillációnak vetik alá az oxigén, nitrogén, argon, neon stb. Eltávolítása céljából. A levegő, homogén gáznemű keverék, folyadékká alakul, ahol a nitrogén, mint a legtöbb alkotóelem, elméletileg oldószerként hat; és a többi gáz, szintén kondenzált, folyékony oldott anyagként.
- Kromatográfia
A kromatográfiával, más módszerekkel ellentétben, még távolról sem lehet hasonló hozamot biztosítani; vagyis nem egy teljes keverék feldolgozására használható, csak annak elenyésző töredéke. Az általa nyújtott információ azonban analitikai szempontból rendkívül értékes, mivel azonosítja és osztályozza a keverékeket összetételük alapján.
Papír vagy vékonyréteg-kromatográfia. Forrás: Gabriel Bolívar.
A kromatográfia különféle típusai vannak, de a legegyszerűbb, amelyet a főiskolákban vagy az egyetemi előtti kurzusokban magyaráznak, a papír, amelynek alapelve megegyezik az abszorbens anyag vékony rétegén (általában szilikagél) kifejlesztett alapelvével.
A fenti kép azt mutatja, hogy egy főzőpoharat, vízzel vagy egy bizonyos oldószerrel megtöltve, egy papírra helyezik, amelyet referenciavonallal jelöltek meg három kiválasztott pigment (narancssárga, lila és zöld) cseppjeivel vagy pontjaival. A főzőpoharat zárva tartjuk úgy, hogy a nyomás állandó legyen, és telített legyen az oldószer gőzével.
Ezután a folyadék felfelé kezd emelkedni a papíron, és hordozza a pigmenteket. A pigment-papír kölcsönhatások nem azonosak: egyesek erősebbek, mások gyengébbek. Minél nagyobb affinitást mutat a pigment a papírhoz, annál kevesebb lesz a papíron keresztül az eredetileg megjelölt vonalhoz képest.
Például: a piros pigment kevésbé érez affinitást az oldószer iránt, míg a sárga alig emelkedik, mivel a papír jobban megtartja. Az oldószert ezután a mozgófázisnak, a papírt az álló fázisnak tekintik.
- frakcionált kristályosítás
A frakcionált kristályosítás szemléltető példája. Forrás: Gabriel Bolívar.
És befejezésül megtörténik a frakcionált kristályosítás. Ezt a módszert talán hibridnek lehetne osztályozni, mivel egy homogén keverékből indul, és heterogénévé válik. Tegyük fel például, hogy van olyan megoldása, amelyben egy zöld szilárd anyag feloldódott (felső kép).
A zöld részecskék túl kicsik ahhoz, hogy elválaszthassák manuálisan vagy mechanikusan. Azt is megállapították, hogy a zöld szilárd anyag két komponens keveréke, és nem egy ilyen színű vegyület.
Ezután az oldatot melegítjük, és lehűlni hagyjuk. Kiderült, hogy a két alkotóelem, bár szorosan kapcsolódik egymáshoz, oldódásuk egy bizonyos oldószerben kissé eltérő; ezért a kettő közül az egyik elkezdi kristályosodni, majd a másik.
A kék-zöld komponens (a kép közepén) kristályosodik ki először, míg a sárga komponens feloldódik. Mivel vannak kékeszöld kristályok, forrón leszűrjük, mielőtt a sárga kristályok megjelennének. Ezután, amint az oldószer kissé lehűl, a sárga komponens kristályosodik és újabb szűrést végeznek.
Irodalom
- Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
- Chelsea Schuyler. (2019). Kromatográfia, desztilláció és szűrés: A keverékek elválasztási módszerei. Tanulmány. Helyreállítva: study.com
- CK-12 Alapítvány. (2019. október 16.). A keverékek elválasztásának módszerei. Kémia LibreTexts. Helyreállítva: chem.libretexts.org
- Jó tudomány. (2019). A keverékek szétválasztása. Helyreállítva: goodscience.com.au
- Clark Jim. (2007). Vékonyréteg-kromatográfia. Helyreállítva: chemguide.co.uk