PChOl – substancje i ich właściwości – cz. II

PChOl – substancje i ich właściwości część II

Jeżeli nie czytałeś jeszcze części I, to zapraszam najpierw tutaj :

PChOl – substancje i ich właściwości – cz. I

Przed nami temat rozdzielania mieszanin, a więc coś, w teorii niezbyt porywającego. Postaram się jednak to przedstawić w jak najciekawszy sposób  – z użyciem  przykładów życiowych  🙂

Zaczynamy!

1.5  Po co rozdzielać mieszaniny? I na jakiej podstawie to zrobić?

 

Niestety, ale najczęściej jest tak, że pierwiastek czy minerał który nas interesuje, jest nam w pewien sposób jakoś potrzebny, nie czeka na nas w kopalni czy nie rośnie na drzewie, ale występuje jako mieszanina z wieloma innymi składnikami. Nas jednak interesuje ten jeden konkretny pierwiastek lub minerał i po to właśnie stworzono metody rozdzielania mieszanin.

Opracowano sporo tych metod, pytanie więc którą wybrać? Ogółem zależy to od kilku czynników :

  • ile składników jest w mieszaninie? Oczywiście im więcej tym gorzej dla nas.
  • ile jest w mieszaninie składnika, który chcemy wydzielić? Im go  więcej tym lepiej.
  • jakiej wydajności oczekujemy? Im więcej ,,zanieczyszczeń” może się znajdować w końcowym produkcie tym łatwiej.
  • jakie są właściwości fizyczno-chemiczne składników mieszaniny? Najlepiej, żeby te właściwości jak najbardziej się różniły między sobą – wtedy możemy wykorzystać te różnice.
  • na jaką skalę robimy nasze rozdzielanie mieszaniny? Złoty środek to operacja na mieszaninie, którą odmierzymy w dziesiątkach kilogramów do kilku ton. Bardzo małe lub bardzo duże ilości są niekorzystne.
  • *kwestie ekologiczne – może się zdarzyć tak, że powstałe produkty czy używane składniki są toksyczne, czego oczywiście nie chcemy.

Zajmijmy się dokładnie właściwościami fizyczno-chemicznymi substancji. Na co dokładnie zwrócić uwagę przy wyborze metody rozdziału?

  • stan skupienia składników (czy jest duża różnica między temperaturami topnienia/wrzenia składników?)
  • gęstość substancji (czy jest duża różnica?)
  • rozpuszczalność substancji w różnych rozpuszczalnikach czy roztworach
  • właściwości elektrostatyczne, magntetyczne, itd (inne)

No to jedziemy z opisem najpopularniejszych metod!

Odparowanie :

Bardzo prosta metoda. Wyobraźmy sobie mieszaninę : soli kuchennej (tak dokładnie tej samej, którą solimy frytki) + wody. Pamiętamy z poprzedniego postu, że woda wrze w 100 stopniach Celsjusza, podczas gdy sól wrze dopiero w 1465 stopniach! W bardzo prosty sposób zatem można odparować [=woda jako ciecz przechodzi w gaz/parę wodną] , podczas gdy z solą nic się nie dzieje, bo przy 100 stopniach daleko jeszcze do 1465, żeby coś zaczęło się z nią dziać. Tak duża temperatura wrzenia sprawia, że o soli kuchennej będziemy mówić, że jest substancją nielotną!

Znalezione obrazy dla zapytania odparowanie wody solankowej

Życiowe zastosowania :

  • otrzymywanie soli kuchennej z wody morskiej czy oceanicznej

 

Destylacja :

Tutaj również będziemy korzystać z różnicy pomiędzy temperaturami wrzenia składników, tylko tutaj składniki mieszaniny są cieczami (chociaż niekoniecznie).

  • rektyfikacja odmiana destylacji :

    • Jest to wielokrotna destylacja. Dzięki takiemu wielokrotnemu skraplaniu + odparowywaniu składników można oddzielić od siebie substancje, których temperatury wrzenia niewiele się różnią. Dwa ważne życiowe przykłady :
    • ropa naftowa  \xrightarrow{rektyfikacja}   benzyna
    • spirytus surowy  \xrightarrow{rektyfikacja}   spirytus rektyfikowany (czyli jest to po prostu bardzo czysty etanol – alkohol, najczęściej około 95-procentowy).

Sedymentacja :

To jest proces, w którym cięższe składniki mieszaniny opadają na jej dno pod własnym ciężarem, logiczne. Na obrazu poniżej mamy po prawej stronie wyjściową mieszaninę jakiegoś błota z wodą, a po lewej stronie mamy pokaz sedymentacji – ciężkie błoto po określonym czasie opadło na dno.

  • dekantacja = zlanie cieczy (wody) ,która znajduje się nad osadem (błoto). A więc sedymentacja oraz dekantacja chodzą ze sobą w parze.

Znalezione obrazy dla zapytania sedymentacja

Sączenie (flitracja) : 

Zacznijmy od tego, czym jest sączek? Poniżej jego zdjęcie :

Znalezione obrazy dla zapytania sączek

A więc jest to przedmiot wykonany z bibułki, który ma malutkie otwory, nazywane porami. Te pory są na tyle małe, żeby zatrzymać (nie przepuszczać dalej) drobin ciała stałego, ale jednocześnie na tyle dużych, żeby przepływająca przez nie ciecz leciała z rozsądną prędkością.

Zatem sączenie to metoda, która umożliwia nam oddzielenie substancji stałej od ciekłej, poprzez jej zatrzymywanie na sączku.

Znalezione obrazy dla zapytania saczenie

W zlewce I mamy mieszaninę np. wody z opiłkami żelaza.  Wlewamy to do lejka, w którym zamocowano sączek, czyli tą naszą bibułkę z otworami, która będzie zatrzymywać opiłki żelaza, a do tzw. przesączu, będzie spływała przez sączek i lejek do zlewki II sama już woda – mamy rozdzieloną mieszaninę.

Zadania do przećwiczenia :

Zadanie 1

Zaproponuj metodę do rozdzielenia następujących mieszanin :

  1. woda + piasek
  2. opiłki żelaza + sproszkowana siarka
  3. sproszkowana kreda + sól kuchenna
  4. olej + benzyna (nowa metoda)

Rozwiązanie :

  1. odstawiamy mieszaninę i nic z nią nie robimy – cięższy piasek po czasie opadnie na dno naczynia (sedymentacja), a następnie wystarczy wodę wylać – ,,zlanie cieczy znad osadu” (dekantacja).
    1. lub można zastosować metodę sączenia : piasek zatrzyma się na sączku, a w przesączu znajdzie się woda.
  2. wystarczy zastosować magnes, który przyciągnie do siebie opiłki żelaza
  3. rozpuszczamy naszą mieszaninę w wodzie – sól kuchenna się rozpuści, podczas gdy kreda opadnie na dno naczynia (sedymentacja) , a potem dekantacja.
  4. W tym przypadku można użyć tak zwanego rozdzielacza. Woda i olej to dwie ciecze, które się ze sobą nie mieszają. Olej ma mniejszą gęstość, zatem to woda opadnie na dno. Poniżej schemat rozdzielacza :

Znalezione obrazy dla zapytania rozdzielacz mieszaniny cieczy

Cięższa woda opada na dół i przepływa przez to zwężenie z kranikiem. Na dole podstawiamy jakieś naczynie (nie ma go na obrazku) i tam spływa ta woda, aż olej znajdzie się na wysokości kranika i wówczas go po prostu zakręcamy. Woda spłynęła do innego naczynia, natomiast olej pozostał w rozdzielaczu.

Zadanie 2

Która z metod : odparowanie, destylacja czy rektyfikacja będą najlepsze do rozdzielenia mieszaniny benzenu (T_{wrz} = 80 ^{\circ} ) od etanolu (T_{wrz} = 78 ^{\circ} )

Rozwiązanie :

Użyjemy rektyfikacji, ponieważ temperatury wrzenia obu składników mieszaniny bardzo małą się różnią.

Zadanie 3

Jakich metod można by użyć celem rozdzielenia mieszaniny zawierającej : okruchy styropianu, kryształy siarki, opiłki żelaza i sól kuchenną? 

Rozwiązanie :

Z opiłkami żelaza jest prosta sprawa – ponownie korzystamy z pomocy magnesu, którym nam wszystkie te opiłki zbierze i oddzieli z mieszaniny.

Następnie można dodać wodę. Sól kuchenna się w niej rozpuści, siarka opadnie na dno naczynia, podczas gdy lekki styropian będzie unosił się na jej powierzchni.


I jeszcze kilka innych przydatnych definicji + ciekawostki :

  • mieszanina jednorodna – nie da się rozróżnić składników tej mieszaniny gołym okiem. Będzie więc to np. mieszanina wody z cukrem (po wymieszaniu).
  • mieszanina niejednorodna – można się domyślić, że tutaj będzie odwrotnie : gołym okiem jesteśmy w stanie rozróżnić składniki takiej mieszaniny. Przykładowo może to być mieszanina wody i piasku.
  • węgiel aktywny – pojęcie na pewno Wam gdzieś zasłyszane. Otóż węgiel aktywny to odpowiednio przygotowany węgiel drzewny. Jest stosowany w filtrach do usuwania zanieczyszczeń wody. [=uzdatnianie wody]
    • oprócz tego ma zastosowanie w medycynie – stosuje się go w leczeniu biegunek oraz w zatruciach niektórymi lekami (np. aspiryną). Węgiel aktywny ma właściwości, dzięki którym cząstki rozpuszczone w gazie lub cieczy zostają przez niego zatrzymane (proces ten nazywa się adsorpcją, pojęcia tego nie należy mylić z absorpcją, ale to słówko sobie na razie pominiemy, aby się nam to wszystko już nie pomieszało). 
  • mamy jeszcze wiele innych metod rozdzielania mieszanin (ekstrakcja, chromatografia, wymiana jonowa itd), ale są one już trochę trudniejsze i zostaną omówienie w cyklu PChOl z poziomu licealnego.

 

Leave a Reply