در مقاله خود به بررسی مواد و مخلوط های خالص و روش های جداسازی مخلوط ها خواهیم پرداخت. هر یک از ما از آنها در زندگی روزمره استفاده می کنیم. آیا اصلاً مواد خالص در طبیعت وجود دارند؟ و چگونه آنها را از مخلوط ها تشخیص دهیم؟
مواد و مخلوط های خالص: راه هایی برای جداسازی مخلوط ها
مواد خالص موادی هستند که فقط دارای ذراتی از نوع خاصی هستند. دانشمندان بر این باورند که آنها عملاً در طبیعت وجود ندارند، زیرا همه آنها، هرچند به نسبت ناچیز، حاوی ناخالصی هستند. کاملاً همه مواد در آب نیز محلول هستند. حتی اگر به عنوان مثال یک حلقه نقره در این مایع غوطه ور شود، یون های این فلز به محلول تبدیل می شوند.
نشانه مواد خالص، ثبات ترکیب و خواص فیزیکی است. در فرآیند تشکیل آنها، تغییر در مقدار انرژی رخ می دهد. علاوه بر این، می تواند افزایش و کاهش یابد. یک ماده خالص را می توان تنها با یک واکنش شیمیایی به اجزای جداگانه آن جدا کرد. به عنوان مثال، فقط آب مقطر دارای نقطه جوش و انجماد معمولی برای این ماده است.نداشتن طعم و بوی و اکسیژن و هیدروژن آن تنها با الکترولیز تجزیه می شود.
و چگونه سنگدانه های آنها با مواد خالص متفاوت است؟ شیمی به ما کمک می کند تا به این سوال پاسخ دهیم. روشهای جداسازی مخلوطها فیزیکی هستند، زیرا منجر به تغییر در ترکیب شیمیایی مواد نمی‌شوند. برخلاف مواد خالص، مخلوط ها دارای ترکیبات و خواص متغیر هستند و می توان آنها را با روش های فیزیکی جدا کرد.
مخلوط چیست
مخلوط مجموعه ای از مواد منفرد است. به عنوان مثال می توان به آب دریا اشاره کرد. برخلاف مقطر، طعم تلخ یا شوری دارد، در دمای بالاتر می جوشد و در دمای پایین تری یخ می زند. روشهای جداسازی مخلوط مواد فیزیکی هستند. بنابراین، نمک خالص را می توان از آب دریا با تبخیر و متعاقب آن تبلور به دست آورد.
انواع مخلوط
اگر شکر را به آب اضافه کنید، پس از مدتی ذرات آن حل شده و نامرئی می شوند. در نتیجه نمی توان آنها را با چشم غیر مسلح تشخیص داد. به چنین مخلوط هایی همگن یا همگن می گویند. هوا، بنزین، آبگوشت، عطر، آب شیرین و نمک و آلیاژ مس و آلومینیوم نیز نمونه هایی از این موارد هستند. همانطور که می بینید، مخلوط های همگن می توانند در حالت های مختلف تجمع باشند، اما مایعات رایج ترین هستند. به آنها راه حل نیز می گویند.
در مخلوط های ناهمگن یا ناهمگن، ذرات مواد منفرد را می توان تشخیص داد. براده های آهن و چوب، شن و ماسه و نمک خوراکی نمونه های معمولی هستند. به مخلوط های ناهمگن، سوسپانسیون نیز می گویند.در میان آنها، سوسپانسیون ها و امولسیون ها متمایز می شوند. اولی از مایع و جامد تشکیل شده است. بنابراین، امولسیون مخلوطی از آب و ماسه است. امولسیون ترکیبی از دو مایع با چگالی متفاوت است.
مخلوط های ناهمگن با نام های خاص وجود دارد. بنابراین، نمونه ای از فوم فوم است و آئروسل ها شامل مه، دود، دئودورانت ها، خوشبو کننده های هوا، عوامل ضد الکتریسیته ساکن هستند.
روشهای جداسازی مخلوطها
البته، بسیاری از مخلوط ها دارای خواص ارزشمندتری نسبت به مواد منفرد تشکیل دهنده آنها هستند. اما حتی در زندگی روزمره نیز شرایطی وجود دارد که آنها باید از هم جدا شوند. و در صنعت، کل صنایع بر این فرآیند بنا شده اند. به عنوان مثال از نفت در نتیجه فرآوری آن، بنزین، نفت گاز، نفت سفید، نفت کوره، روغن خورشیدی و روغن ماشین، سوخت موشک، استیلن و بنزن به دست می آید. موافقم، استفاده از این محصولات سودآورتر از روغن سوزاندن بی خیال است.
حالا ببینیم آیا چیزی به نام روشهای شیمیایی برای جداسازی مخلوط ها وجود دارد یا خیر. فرض کنید باید مواد خالص را از محلول آبی نمک بدست آوریم. برای انجام این کار، مخلوط باید گرم شود. در نتیجه آب به بخار تبدیل می شود و نمک متبلور می شود. اما در عین حال، هیچ تبدیلی از یک ماده به ماده دیگر وجود نخواهد داشت. این بدان معنی است که اساس این فرآیند پدیده های فیزیکی هستند.
روش های جداسازی مخلوط ها به حالت تجمع، توانایی حل شدن، تفاوت در نقطه جوش، چگالی و ترکیب اجزای آن بستگی دارد. بیایید هر یک از آنها را با جزئیات بیشتری در مورد خاص در نظر بگیریممثال‌ها.
فیلتر
این روش جداسازی برای مخلوط های حاوی مایع و جامد نامحلول مناسب است. به عنوان مثال، آب و ماسه رودخانه. این مخلوط باید از صافی عبور داده شود. در نتیجه، آب تمیز آزادانه از آن عبور می کند و ماسه باقی می ماند.
تسویه حساب
برخی از روش های جداسازی مخلوط ها بر اساس عمل گرانش است. بنابراین سوسپانسیون ها و امولسیون ها را می توان به مواد خالص تجزیه کرد. اگر روغن نباتی وارد آب شد، ابتدا باید مخلوط را تکان داد. سپس آن را برای مدتی بگذارید. در نتیجه، آب در کف ظرف قرار می گیرد و روغن آن را به شکل یک فیلم می پوشاند.
در شرایط آزمایشگاهی از قیف جداکننده برای ته نشینی استفاده می شود. در نتیجه کار، مایع متراکم‌تر به داخل ظرف تخلیه می‌شود، در حالی که مایع سبک باقی می‌ماند.
ته نشینی با سرعت پایین فرآیند مشخص می شود. مدت زمان مشخصی طول می کشد تا رسوب تشکیل شود. در شرایط صنعتی این روش در سازه های خاصی به نام مخازن ته نشینی انجام می شود.
اقدام با آهنربا
اگر مخلوط حاوی فلز باشد، می توان آن را با استفاده از آهنربا جدا کرد. مثلا براده های آهن و چوب را جدا کنید. اما آیا همه فلزات این خواص را دارند؟ اصلا. برای این روش فقط مخلوط های حاوی فرومغناطیس مناسب هستند. علاوه بر آهن، اینها عبارتند از نیکل، کبالت، گادولینیوم، تربیوم، دیسپروزیم، هولمیوم، اربیم.
تقطیر
این عنوان درترجمه از لاتین به معنای "تخلیه قطرات" است. تقطیر روشی برای جداسازی مخلوط ها بر اساس اختلاف نقطه جوش مواد است. بنابراین، حتی در خانه، الکل و آب را می توان از هم جدا کرد. اولین ماده در دمای 78 درجه سانتیگراد شروع به تبخیر می کند. با لمس سطح سرد، بخار الکل متراکم می شود و به حالت مایع تبدیل می شود.
در صنعت فرآورده های پالایش نفت، مواد معطر، فلزات خالص از این طریق به دست می آیند.
تبخیر و تبلور
این روش های جداسازی برای محلول های مایع مناسب هستند. مواد تشکیل دهنده ترکیب آنها از نظر نقطه جوش متفاوت است. بنابراین، می توان کریستال های نمک یا شکر را از آبی که در آن حل می کنند به دست آورد. برای انجام این کار، محلول ها حرارت داده شده و به حالت اشباع تبخیر می شوند. در این حالت، کریستال ها رسوب می کنند. اگر لازم است آب خالص به دست آید، محلول را به جوش می آورند و سپس بخارات را روی سطح سردتر متراکم می کنند.
روش های جداسازی مخلوط های گازی
مخلوط های گازی با روش های آزمایشگاهی و صنعتی جدا می شوند، زیرا این فرآیند به تجهیزات خاصی نیاز دارد. ماده اولیه با منشاء طبیعی هوا، کک، ژنراتور، همراه و گاز طبیعی است که ترکیبی از هیدروکربن ها است.
روش های فیزیکی برای جداسازی مخلوط ها در حالت گازی به شرح زیر است:
- تراکم فرآیندی تدریجی استخنک کردن مخلوط، که در طی آن تراکم اجزای آن رخ می دهد. در این حالت اول از همه مواد با جوش زیاد که در جداکننده ها جمع آوری می شوند به حالت مایع می رسند. به این ترتیب هیدروژن از گاز کوره کک به دست می آید و آمونیاک نیز از قسمت واکنش نداده مخلوط جدا می شود.
- جذب عبارت است از جذب برخی از مواد توسط برخی دیگر. این فرآیند دارای اجزای متضادی است که در طی واکنش بین آنها تعادل برقرار می شود. فرآیندهای رو به جلو و معکوس نیازمند شرایط متفاوتی هستند. در حالت اول ترکیبی از فشار بالا و دمای پایین است. این فرآیند جذب نامیده می شود. در غیر این صورت، شرایط مخالف استفاده می شود: فشار کم در دمای بالا.
- جداسازی غشایی روشی است که در آن از خاصیت پارتیشن های نیمه تراوا برای عبور انتخابی مولکول های مواد مختلف استفاده می شود.
- رفلاکساسیون - فرآیند متراکم شدن قطعات با جوش زیاد مخلوط ها در نتیجه سرد شدن آنها. در این مورد، دمای انتقال به حالت مایع اجزای جداگانه باید به طور قابل توجهی متفاوت باشد.
کروماتوگرافی
نام این روش را می توان به صورت "من با رنگ می نویسم" ترجمه کرد. تصور کنید جوهر به آب اضافه می شود. اگر انتهای کاغذ صافی را در چنین مخلوطی پایین بیاورید، شروع به جذب می کند. در این صورت آب سریعتر از جوهر جذب می شود که با درجه متفاوتی از جذب این مواد همراه است. کروماتوگرافی نه تنها روشی برای جداسازی مخلوط ها، بلکه روشی برای مطالعه خواص موادی مانند انتشار و حلالیت است.
پس با هم آشنا شدیمبا مفاهیمی مانند «مواد خالص» و «مخلوط». اولی عناصر یا ترکیباتی هستند که فقط از ذرات یک نوع خاص تشکیل شده اند. نمونه های آنها نمک، شکر، آب مقطر است. مخلوط ها مجموعه ای از مواد منفرد هستند. روش های مختلفی برای جداسازی آنها استفاده می شود. نحوه جداسازی آنها به خواص فیزیکی اجزای تشکیل دهنده آن بستگی دارد. اصلی ترین آنها ته نشینی، تبخیر، تبلور، فیلتراسیون، تقطیر، مغناطیسی و کروماتوگرافی است.
