Metody rozdzielania mieszanin

Mieszanina to układ złożony z co najmniej dwóch substancji. Składniki mieszaniny nie tworzą nowej substancji, dlatego można je rozdzielić metodami fizycznymi. W chemii szkolnej bardzo ważne jest rozpoznanie, z jakim typem mieszaniny mamy do czynienia, bo od tego zależy wybór metody.

Wyróżniamy mieszaniny jednorodne i mieszaniny niejednorodne. W mieszaninie jednorodnej składników nie widać gołym okiem, a całość wygląda tak samo w każdym miejscu. Przykładem jest roztwór soli w wodzie. W mieszaninie niejednorodnej składniki można zauważyć, jak w wodzie z piaskiem albo w wodzie z olejem.

Do rozdzielania mieszanin wykorzystuje się różnice we właściwościach fizycznych składników, takich jak rozpuszczalność, temperatura wrzenia, gęstość czy stan skupienia.

Sączenie nazywane jest też filtracją. To metoda rozdzielania mieszaniny niejednorodnej, w której ciało stałe nie rozpuszcza się w cieczy. Mieszaninę wlewa się do lejka z bibułą filtracyjną, czyli sączkiem.

Podczas sączenia ciecz przechodzi przez sączek i spływa do naczynia poniżej. Tę ciecz nazywamy filtratem. Nierozpuszczona substancja stała zostaje na bibule i to jest osad.

Sączenie stosuje się wtedy, gdy cząstki ciała stałego są większe niż pory sączka. Tą metodą można rozdzielić na przykład wodę i piasek, wodę i kredę albo herbatę od liści, jeśli użyjemy odpowiedniego filtru.

Krystalizacja służy do wydzielania substancji stałej z roztworu. Stosujemy ją wtedy, gdy substancja jest rozpuszczona w cieczy i nie da się jej oddzielić przez sączenie. Najczęściej ogrzewa się roztwór, aby odparować część rozpuszczalnika, albo pozostawia się go do powolnego ochłodzenia.

Gdy w roztworze znajduje się dużo rozpuszczonej substancji, zaczynają tworzyć się kryształy. Otrzymujemy wtedy substancję stałą w uporządkowanej postaci. Krystalizacja pozwala na przykład otrzymać sól z roztworu soli w wodzie.

Ta metoda opiera się głównie na rozpuszczalności. Jeśli rozpuszczalnik częściowo odparuje albo roztwór się ochłodzi, substancja może już nie mieścić się w takiej ilości wody i zaczyna się wydzielać.

Destylacja to metoda rozdzielania mieszanin ciekłych lub oddzielania cieczy od substancji rozpuszczonej. Wykorzystuje różnice w temperaturach wrzenia składników. Ciecz o niższej temperaturze wrzenia zaczyna parować wcześniej.

W prostym zestawie do destylacji mieszaninę ogrzewa się w kolbie. Powstająca para przechodzi do chłodnicy, gdzie ulega skropleniu. Skroplona ciecz zbiera się w osobnym naczyniu. Dzięki temu można odzyskać ciecz, na przykład wodę z roztworu soli.

Destylację można także wykorzystać do rozdzielania dwóch mieszających się cieczy, jeśli ich temperatury wrzenia są różne. Na poziomie szkoły podstawowej najważniejsze jest rozumienie zasady: najpierw parowanie, potem skraplanie.

Nie należy mylić destylacji z odparowaniem. Przy zwykłym odparowaniu odzyskujemy głównie substancję stałą, a przy destylacji ważne jest też otrzymanie oczyszczonej cieczy.

Rozdzielacz to specjalne naczynie laboratoryjne używane do rozdzielania dwóch cieczy, które się ze sobą nie mieszają. Takie ciecze tworzą oddzielne warstwy. Dzieje się tak dlatego, że mają różną gęstość.

Przykładem jest woda i olej. Woda ma większą gęstość, więc zwykle znajduje się niżej, a olej wyżej. W rozdzielaczu dolną warstwę można spuścić przez kranik, a górna pozostaje w naczyniu.

Ta metoda nie nadaje się do roztworów, w których jedna substancja rozpuściła się w drugiej. Nie użyjemy więc rozdzielacza do soli i wody, bo sól nie tworzy osobnej warstwy.

Dobór metody zależy od rodzaju mieszaniny i właściwości składników. Jeśli masz ciało stałe nierozpuszczalne w cieczy, wybierz sączenie. Jeśli chcesz wydzielić substancję stałą z roztworu, zastosuj krystalizację. Jeśli zależy ci na odzyskaniu cieczy albo rozdzieleniu cieczy o różnych temperaturach wrzenia, użyj destylacji. Gdy mieszanina składa się z dwóch niemieszających się cieczy, najlepszy będzie rozdzielacz.

W praktyce chemik zawsze zaczyna od obserwacji: czy widać osad, czy tworzą się warstwy, czy składnik jest rozpuszczony, czy można wykorzystać ogrzewanie. Takie pytania pomagają uniknąć błędu i wybrać metodę na podstawie faktów, a nie zgadywania.

Warto też pamiętać, że każda z tych metod jest metodą fizyczną. Oznacza to, że podczas rozdzielania nie powstają nowe substancje, tylko odzyskujemy składniki mieszaniny.