środa, 12 czerwca 2013

Chemia - Mieszaniny substancji chemicznych

Podział mieszanin


Rys.5 Ziemia jest mieszaniną gazów, cieczy i ciał stałych
W przyrodzie i życiu codziennym rzadko spotykamy się z pojedynczymi substancjami chemicznymi. Najczęściej mamy do czynienia z kilkoma zmieszanymi ze sobą substancjami. Tak zmieszane ze sobą substancje nazywamy mieszaniną. Przykładem mieszaniny jest; mleko, słodzona herbata, woda morska, zaprawa murarska, sól zmieszana z piaskiem, różnego rodzaju stopy metali, powietrze, itp. Także nasza Ziemia jest mieszaniną gazów, cieczy i ciał stałych.
Badając różnego rodzaju mieszaniny, daje się zauważyć że są mieszaniny w których różne składniki można zidentyfikować gołym okiem lub korzystając z mikroskopu. Ale są i takie mieszaniny, gdzie oko uzbrojone w bardzo silny mikroskop nie jest w stanie zidentyfikować poszczególnych składników mieszaniny a mieszanina w całej objętości jest jednorodna.
W oparciu o stopień rozdrobnienia wymieszanych substancji dokonano podziału mieszanin. Mieszaniny natomiast mogą być : jednorodne i niejednorodne

Mieszanina jednorodna (homogeniczna)
Mieszanina jednorodna (homogeniczna) - ma jednakowe właściwości w całej rozciągłości, tzn. gołym okiem lub za pomocą lupy czy mikroskopu nie można rozróżnić jej składników. Mieszaniny jednorodne (homogeniczne) noszą nazwę roztworów.

Rys.6 Roztwór jednorodny
Przykładami mieszanin jednorodnych (homogenicznych) są:
  • stopy metali (brąz)
  • benzyna (mieszanina węglowodorów)
  • solanka (roztwór wodny soli kamiennej)
  • cukier w wodzie
  • powietrze (mieszanina gazów)
  • roztwory wodne soków
  • ocet
Szczególnym przykładem mieszaniny jednorodnej, jest roztwór sporządzony przez rozpuszczenie cukru w wodzie. Kryształy cukru rozpuszczone w wodzie rozpadają się na takie drobiny, które praktycznie stają się niewidoczne dla naszego oka. Efekt taki możemy zaobserwować podczas słodzenia herbaty.
W mieszaninie jednorodnej składnik występujący w nadmiarze nosi nazwę rozpuszczalnika a pozostałe składniki substancje rozpuszczone.

Mieszaniny niejednorodne (heterogeniczne)

Rys.7 Emulsja
Mieszaniny niejednorodne (heterogeniczne) - składają się z części o różnych właściwościach, w których można gołym okiem lub za pomocą lupy czy mikroskopu rozróżnić przynajmniej jeden składnik. Przykładem takiej mieszaniny są:
  • opiłki żelaza zmieszane z cukrem,
  • piasek z wodą,
  • zaprawa murarska (piasek zmieszany z wodą, wapnem i cementem).
Szczególnymi rodzajami mieszanin niejednorodnych są;

Rys.8 Piana
  • Emulsje (rys.7). Powstają w wyniku zmieszania dwóch nierozpuszczalnych wzajemnie cieczy, z których jedna jest rozproszona w drugiej. Mleko jest przykładem emulsji. Zewnętrznie wygląda jak czysta substancja, ale pod mikroskopem można dostrzec pojedyncze kulki tłuszczu,
  • Piana (piana z mydła) (rys.8). Składa się z pęcherzyków gazu rozproszonych w cieczy lub ciele stałym,
  • Dym. Zawiera drobiny ciał stałych rozproszone w fazie gazowej jaką jest powietrze,
  • Mgła. Zawiesina bardzo małych kropel wody lub lodu w powietrzu,
  • Szlamy. Osady pochodzenia organicznego lub nieorganicznego powstały na dnie zbiorników wodnych,
Często w celu ustalenia składu próbki, która, jak sądzimy, jest mieszaniną, musimy rozdzielić jej składniki i zidentyfikować poszczególne, zawarte w próbce substancje.
Czy możemy rozdzielić mieszaninę różnych substancji?
Otóż czytelniku jeżeli będziesz znał właściwości fizyczne poszczególnych składników mieszaniny możesz to zrobić.

Rozdzielanie mieszanin - przykłady

Rozdzielanie mieszaniny ciał stałych
Przykład - opiłki żelaza zmieszane z cukrem
Sposób pierwszy
W tym przypadku wiedząc, że cukier rozpuszcza się w wodzie, wystarczy do mieszaniny wlać wodę, która rozpuści cukier i następnie taką mieszaninę (cukier w wodzie, opiłki żelaza) przepuścić przez filtr. Na filtrze pozostaną opiłki żelaza a za filtrem otrzymamy mieszaninę (jednorodną) wody z cukrem. Następnie odparowując wodę otrzymamy naczyniu cukier
Sposób drugi
W drugim sposobie wykorzystamy właściwości magnetyczne opiłków żelaza. Mieszaninę wysypujemy na płaską powierzchnię i zbliżamy do niej magnes owinięty w polietylenową folię. Magnes przyciąga opiłki żelaza, wyciąga je z mieszaniny. Nad drugą powierzchnią usuwamy magnes z folii - opiłki zelaza spadają na kartkę

Rozdzielanie mieszaniny ciał stałych z cieczą
Do rozdzielenia ciał stałych od cieczy wykorzystujemy następujące metody:
  • filtracja
  • odparowanie
  • krystalizacja
  • wirowanie
  • chromatografia

Przykłady

Rys.7 Filtracja - oddzielenie drobin
kredy od wody
Filtracja
Przykładem filtracji jest rozdzielenie mieszaniny zawierającej drobiny kredy zawieszone wodzie (rys. 7). W celu rozdzielenia takiej mieszany wystarczy przepuścić taką mieszaninę przez warstwę filtrującą, którą może być zwykła bibuła. Na filtrze pozostaje osad a rozpuszczalnik przenika przez filtr i oczyszczona od osadu spływa do naczynia.
W celu przeprowadzenia filtracji sączek z pofałdowanej bibuły filtracyjnej układamy w lejku odpowiedniej wielkości, dociskamy do ścianek i zwilżamy wodą destylowaną. Ciecz do filtracji powoli (najlepiej po bagietce) wlewamy do lejka. Filtr napełniamy do poziomu ok. 1 cm poniżej jego krawędzi. Następną porcję wlewamy do filtru dopiero wtedy, kiedy poprzednia została już przefiltrowana.


Rys.8 Odparowanie
Odparowanie
Odparowanie ma zastosowanie do mieszanin jednorodnych (rys.8). Przykładem takiej mieszaniny jest solanka (woda + sól). Przepuszczając taką mieszaninę przez filtr nie jesteśmy w stanie jej rozdzielić. Dopiero zastosowanie odparowania pozwala nam rozdzielić ten rodzaj mieszanin. Sam proces polega na ogrzewaniu mieszaniny z której odparowuje woda a w naczyniu pozostaje sól.
Proces odparowania (zatężania) może być przeprowadzony w parownicy lub szkiełku. Przed rozpoczęciem odparowania naczynie napełniamy roztworem co najwyżej do połowy, Następnie ustawicznie mieszając bagietką podgrzewamy naczynie na małym ogniu. Usuwamy palnik po odparowaniu około połowy objętości rozpuszczalnika. Pozostała ilość rozpuszczalnika odparowuje wykorzystując ciepło rozgrzanego naczynia.


Rys.9 Destylacja
Destylacja
Jeżeli będzie nam zależało na odzyskaniu cieczy, wtedy zastosujemy proces, który nazywamy destylacją (rys.9).
Kolba destylacyjna powinna być wypełniona co najwyżej do połowy. Przed rozpoczęciem podgrzewania cieczy w kolbie należy odkręcić dopływ wody do chłodnicy. Oczekiwana temperatura par w kolbie destylacyjnej mierzona jest termometrem laboratoryjnym. Kolbę ogrzewamy początkowo stosunkowo dużym płomieniem, który zmniejszamy w momencie rozpoczęcia wrzenia. Aby zapobiec przegrzaniu cieczy, do kolby wrzucamy kawałeczki porcelany.


Rys.10 Kryształy
Krystalizacja
Proces krystalizacji ma zastosowanie do rozdzielenia mieszanin jednorodnych, z których jedna jest cieczą a druga ciałem stałym rozpuszczalnym w wodzie lub innych rozpuszczalnikach. Przykładem takiej substancji może być sól kuchenna, która jak wiemy jest bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie.
Żeby krystalizacja była możliwa, mieszanina (roztwór) musi znajdować się w stanie przesycenia, co osiągamy poprzez odparowanie i ogrzewanie roztworu. W takim roztworze po schłodzeniu, na dnie naczynia tworzą się kryształy (rys.10).


Rys.10 Wirowanie
Wirowanie
Wirowanie pozwala nam rozdzielić ciała stałe od cieczy. Przykładem może być wcześniej prezentowana zawiesina kredy w wodzie. Wirowanie odbywa się w wirówkach. W wyniku oddziaływania siły odśrodkowej zawiesina kredy zostaje przemieszczona w kierunku dna naczynia, gdzie gromadzi się. Po odwirowaniu, ciecz zlewamy a osad usuwamy z naczynia. Ilustruje to rysunek 10.


Rys.11 Separacja - rozdział dwóch
nie mieszających się cieczy
Rozdzielanie mieszaniny, dwóch nierozpuszczalnych wzajemnie cieczy
Przykładem takiej mieszaniny woda zmieszana z olejem. Te dwie substancje zmieszane ze sobą po pewnym czasie rozdzielą się, tworząc dwie warstwy. Olej jako lżejszy od wody, utworzy warstwę górną a woda znajdzie się w warstwie dolnej. Wystarczy wtedy zlać olej z nad wody aby uzyskać rozdzielenie tych dwóch substancji. Dokładniejszy rozdział tych substancji uzyskamy spuszczając dolną warstwę przez zawór, jednocześnie obserwując granicę kontaktu tych dwóch warstw. Przebieg tej metody ilustruje rysunek 11.


Rys.12 Chromatografia
Chromatografia
Chromatografia służy do oczyszczania i identyfikacji mieszanin substancji chemicznych. W chromatografii wykorzystuje się zjawisko podziału składników mieszaniny między fazę nieruchomą (stacjonarną) i ruchomą. Rysunek 12 przedstawia zasadę działania najprostszego chromatografu w którym fazą stałą jest bibuła a fazą ruchomą destylowana woda. Mieszaniną, która podlega rozdziałowi jest zwykły atrament, który za pomocą pipety jest nanoszony centralnie na bibułę. W to samo miejsce nanosi się porcjami destylowaną wodę. Po pewnym czasie zaobserwujemy występowanie barwnych pierścieni ułożonych centralnie.
Chromatografia rozwija się bardzo dynamicznie. Ta metoda analizy mieszanin wykorzystywana jest w badaniach biologicznych, przy produkcji leków i w wielu innych dziedzinach. Najprostszym przykładem zastosowania chromatografii może być zwykły domowy filtr do oczyszczania wody.

Ważne pojęcia


Mieszanina jednorodna - ma jednakowe właściwości w całej rozciągłości, tzn. gołym okiem lub za pomocą lupy czy mikroskopu nie można rozróżnić składników
Mieszanina niejednorodna - składaja się z części o różnych właściwościach, w których można gołym okiem lub za pomocą lupy czy mikroskopu rozróżnić przynajmniej jeden składnik
Emulsja - powstaje w wyniku zmieszania dwóch nierozpuszczalnych wzajemnie cieczy, z których jedna jest rozproszona w drugiej
Piana - składa się z pęcherzyków gazu rozproszonych w cieczy lub ciele stałym
Dym - zawiera drobiny ciał stałych rozproszone w fazie gazowej (powietrze)
Mgła - zawiesina bardzo małych kropel wody lub lodu w powietrzu
Filtracja - sposób oddzielenia cieczy od substancji stałej
Odparowanie - sposób oddzielenia cieczy od substancji stałej
Krystalizacja - proces wydzielenia się substancji stałej z roztworu nasyconego w postaci kryształów
Wirowanie - sposób oddzielenia cieczy od substancji stałej

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz