Metody ⭐️ separace směsí: chemie homogenní a heterogenní (nehomogenní), procesy

Čisté látky v chemii se často získávají ze směsí. Existuje mnoho metod pro jejich identifikaci, které mohou být nezávislé nebo mohou být součástí souboru opatření. V přírodě existuje mnoho látek ve směsích. Pokud částice, ze kterých se skládají, nelze vizuálně rozlišit (mezi složkami není rozhraní), jedná se o homogenní směs (neboli homogenní). Příklady: atmosférický vzduch, běžný solný roztok, cukrový sirup atd. Směsi, jejichž složky jsou rozeznatelné pouhým okem nebo pomocí speciálního zařízení (mezi složkami existuje rozhraní), jsou heterogenní směsi. V obou případech si každá složka směsi zachovává své individuální vlastnosti. Heterogenní směsi mohou existovat v různých formách: suspenze, koloidní roztoky (soly) atd. V suspenzích jsou v kapalině distribuovány poměrně velké částice, které se po určité době a bez míchání samostatně usazují na dně . Koloidní roztoky (soly) obsahují jemné částice rozptýlené v kapalině a mohou být po dlouhou dobu stabilní. Na základě toho jsou různé způsoby dělení různých směsí. Volba je založena na fyzikálních vlastnostech všech složek, které tvoří tuto směs. Zdroj: izamorfix.ru

Jaké metody se používají pro homogenní a heterogenní

• odpařování (krystalizace);
• destilace. Pro heterogenní:
• usazování;
• filtrace;
• magnetizace;
• odstřeďování.

Dále se využívá elektrolýza, chromatografie, extrakce, zónové tavení a další. Pokud je nutné provést kvalitativní analýzu za účelem oddělení iontů, používají se skupinová kvalitativní činidla, s jejichž pomocí se řešení složitých problémů redukuje na relativně jednoduché.

V závislosti na oblasti primárního použití mohou být metody dělení směsí fyzikální nebo chemické.

Chemické

1. Vypařování – proces, při kterém se oddělují látky s různými teplotami varu. Používá se k oddělení méně těkavé složky (obvykle soli) z roztoku odpařením rozpouštědla za tepla. Příklad: roztok soli nebo cukru ve vodě.
2. Krystalizace – proces, při kterém z roztoků nebo tavenin vznikají krystaly látky s nejnižší rozpustností při dané teplotě. Kromě toho do této skupiny patří také procesy, při kterých se krystaly jednoho typu formují na krystaly jiného typu (polymorfní přeměny). Ke krystalizaci látek z roztoků dochází buď při poklesu teploty, nebo při postupném odpařování vody při pokojové teplotě, pokud je nádoba s roztokem ponechána otevřená. Tímto způsobem se kuchyňská sůl získává z mořské vody.
3. Destilace. Metoda založená na rozdílu teplot varu složek směsi. Při zahřívání směsi se složky střídavě vaří, počínaje nejlehčím varem. Pokud páry ochladíte a shromáždíte kondenzovanou kapalinu v samostatném prvku instalace, můžete oddělit všechny složky směsi. Destilace se používá při rafinaci ropy k výrobě různých druhů paliva.
4. Chromatografie – metoda založená na různé schopnosti látek zadržovat pevné materiály. Tuto separační metodu lze jasně demonstrovat separací směsi barviv pomocí filtračního papíru. Ponořením jeho konce do stávajícího roztoku sledujte výšku a rychlost stoupání rozpouštědel, která se bude u všech složek směsi lišit (za stejnou dobu budou molekuly různých barviv urazit v papíru různé vzdálenosti). V průmyslových podmínkách se místo filtračního papíru používají kolony plněné křídou, uhlím, vápencem a dalšími materiály.

Někdy je úkolem oddělit směsi (roztoky) skládající se z mnoha složek. Poté se použije chromatografické zařízení. S jeho pomocí můžete směs nejen oddělit, ale také určit její složení.

Fyzický

Neméně důležité jsou metody, které umožňují separaci pevných nerozpustných částic z roztoku. Tento:

1. usazování – metoda používaná v případě nehomogenních systémů, ve kterých je hustota pevných částic větší než hustota kapaliny. Vlivem gravitace takové částice klesají ke dnu (takto lze oddělit směs písku a vody). Pokud jsou částice látky lehčí než kapalina, vyplavou na povrch. Vezměte prosím na vědomí, že usazování trvá déle, pokud je velikost částic pevné látky malá. V tomto případě se za účelem urychlení separačního procesu do směsi přidávají speciální činidla pro zvýšení velikosti částic: koagulanty a flokulanty.
2. Filtrace – metoda, kdy směs prochází porézním materiálem zvaným filtr. V tomto případě na filtru zůstávají nerozpustné částice a kapalina jím prochází. Filtry se dodávají v různých velikostech, strukturách a konfiguracích. Je vhodné spojit proces filtrace s usazováním. Například usazením oddělte směs vody a písku a pak zakalenou kapalinu vypuštěnou ze sedimentu nechte projít papírovým filtrem.
3. odstřeďování – metoda se používá k separaci stabilních směsí, které nelze oddělit usazováním, např. stabilní emulze (heterogenní směsi kapalin, které se navzájem nerozpouštějí) lze oddělit centrifugací. Je založena na využití odstředivých sil při separaci ve speciálním rotačním zařízení – odstředivce (v případě separace plynných směsí se používají speciální vysokorychlostní cyklony). V důsledku toho se těžší částice usazují, zatímco lehčí plavou. Když se emulze oddělí, kapalina s vyšší hustotou klesá dolů. Centrifugaci lze také použít k rozdělení krve na frakce. K tomuto účelu se používají speciální lékařské centrifugy.
4. Pomocí magnetu. Metoda je založena na různých interakcích látek s magnetickým polem. Podle stupně magnetizace se látky dělí na diamagnetické materiály (zlato, měď, zinek), feromagnetické materiály (železo, kobalt, thulium) a paramagnetické materiály (alkalické kovy, kyslík). Například pomocí magnetu můžete oddělit směs prášku železa a síry. Pokud přiblížíte magnet, železné částice se zmagnetizují a přitahují se k němu.

Materiály o metodách dělení směsí často obsahují popisy jiných metod, například:

1. Dekantace je metoda založená na odvodnění kapalné fáze z pevného sedimentu.
2. Sušení je odstranění kapalné fáze ze směsi zahříváním. Výsledkem je, že v konečné fázi je přítomna pouze pevná fáze. Proces se používá před balením produktů pro přepravu nebo dlouhodobé skladování.
3. Elektroforéza je dělení směsi na jednotlivé prvky pohybem jednotlivých částic pod vlivem elektrického pole. K tomu dochází v kapalném nebo plynném stavu. Elektroforéza se používá k separaci směsí v biochemii, biologii a chemii. Lze jej použít k rozdělení proteinů do frakcí.

Pro jednotlivé komplexní směsi moderní průmysl používá jiné separační metody, ty jsou však stále založeny na vlastnosti každé látky ve směsi zachovat si své původní vlastnosti.

Metody dělení směsí používané v průmyslu

Separace oleje do samostatných frakcí je důležitá pro získání paliva s různými body varu. Pomocí destilace (destilace) se vyrábí benzín, petrolej a plynový olej. Akce, která probíhá v několika fázích, začíná primární separací oleje. Čistí se od nečistot: souvisejících plynů, vodní páry nebo jiných mechanických nečistot.

Dále se meziprodukt umístí do destilačních kolon a zvýší se jeho teplota. Tak dochází k atmosférické destilaci.

Když teplota nepřekročí 62 °C, zbylé přidružené plyny se odpaří na 180 °C, což vede k produkci benzinových frakcí. K získání petroleje je nutné zahřátí na 240 °C a motorové nafty do 350 °C.

Na konci procesu zůstane topný olej. Často se používá jako lubrikant.

V průmyslu se také často používá sedimentace, filtrace, extrakce a sorpce.

Sorpce (absorpce nečistot pomocí speciálních materiálů – sorbentů) se používá např. v případě potřeby čištění plynovzdušných emisí z podniků do ovzduší. Tímto způsobem je vzduch očištěn od částic kouře, prachu atd. toxické látky.

K čištění odpadních vod se používá filtrace a sedimentace vč. před jejich dezinfekcí.

Během separace směsí může často dojít k chemickým reakcím mezi složkami, například mezi absorbentem a odstraňovanou složkou. Příklad: absorbuje-li se amoniak (v plynném stavu) s kyselinou dusičnou, vzniká dusičnan amonný, který se osvědčil jako univerzální dusíkaté hnojivo.