במאמר שלנו נשקול מהם חומרים ותערובות טהורים, שיטות להפרדת תערובות. כל אחד מאיתנו משתמש בהם בחיי היומיום. האם חומרים טהורים מופיעים בכלל בטבע? ואיך להבדיל אותם מתערובות?
חומרים ותערובות טהורים: דרכים להפרדת תערובות
חומרים טהורים הם חומרים המכילים חלקיקים מסוג מסוים בלבד. מדענים מאמינים שהם למעשה אינם קיימים בטבע, מכיוון שכולם, אם כי בפרופורציות זניחות, מכילים זיהומים. בהחלט כל החומרים גם מסיסים במים. גם אם, למשל, טבעת כסף טבולה בנוזל הזה, יונים של מתכת זו ייכנסו לתמיסה.
סימן לחומרים טהורים הוא הקביעות של הרכב ותכונות פיזיקליות. בתהליך היווצרותם מתרחש שינוי בכמות האנרגיה. יתר על כן, זה יכול גם להגדיל וגם להקטין. ניתן להפריד חומר טהור למרכיביו האישיים רק על ידי תגובה כימית. לדוגמה, רק למים מזוקקים יש נקודת רתיחה וקיפאון אופיינית לחומר זה,חוסר טעם וריח. והחמצן והמימן שלו ניתנים לפירוק רק על ידי אלקטרוליזה.
ומה שונה האגרגטים שלהם מחומרים טהורים? כימיה תעזור לנו לענות על שאלה זו. שיטות להפרדת תערובות הן פיזיקליות, שכן הן אינן מובילות לשינוי בהרכב הכימי של חומרים. בניגוד לחומרים טהורים, לתערובות יש הרכב ותכונות משתנים, וניתן להפריד אותן בשיטות פיזיקליות.
מהי תערובת
תערובת היא אוסף של חומרים בודדים. דוגמה לכך היא מי ים. שלא כמו מזוקק, יש לו טעם מר או מלוח, רותח בטמפרטורה גבוהה יותר, וקופא בטמפרטורה נמוכה יותר. שיטות להפרדת תערובות של חומרים הן פיזיקליות. לכן, ניתן להשיג מלח טהור ממי ים על ידי אידוי והתגבשות לאחר מכן.
סוגי תערובות
אם תוסיף סוכר למים, לאחר זמן מה חלקיקיו יתמוססו ויהפכו לבלתי נראים. כתוצאה מכך, לא ניתן להבחין ביניהם בעין בלתי מזוינת. תערובות כאלה נקראות הומוגניות או הומוגניות. אוויר, בנזין, מרק, בושם, מים מתוקים ומלוחים וסגסוגת של נחושת ואלומיניום הם גם דוגמאות לכך. כפי שאתה יכול לראות, תערובות הומוגניות יכולות להיות במצבי צבירה שונים, אך נוזלים הם הנפוצים ביותר. הם נקראים גם פתרונות.
בתערובות הטרוגניות או הטרוגניות, ניתן להבחין בין חלקיקים של חומרים בודדים. סתימות ברזל ועץ, חול ומלח שולחני הם דוגמאות אופייניות. תערובות הטרוגניות נקראות גם השעיות.ביניהם, השעיות ואמולסיות נבדלות. הראשון מורכב מנוזל ומוצק. אז, אמולסיה היא תערובת של מים וחול. אמולסיה היא שילוב של שני נוזלים עם צפיפויות שונות.
יש תערובות הטרוגניות עם שמות מיוחדים. אז, דוגמה לקצף היא קצף, והאירוסולים כוללים ערפל, עשן, דאודורנטים, מטהרי אוויר, חומרים אנטי-סטטיים.
שיטות להפרדת תערובות
כמובן, לתערובות רבות יש תכונות יקרות יותר מאשר חומרים בודדים המרכיבים אותן. אבל גם בחיי היומיום יש מצבים שבהם צריך להפריד ביניהם. ובתעשייה, תעשיות שלמות מבוססות על התהליך הזה. למשל, מנפט כתוצאה מעיבודו מתקבלים בנזין, נפט גז, נפט, מזוט, שמן סולארי ושמן מכונות, דלק רקטות, אצטילן ובנזן. מסכים, יותר משתלם להשתמש במוצרים האלה מאשר שריפת שמן בלי דעת.
עכשיו בואו נראה אם יש דבר כזה שיטות כימיות להפרדת תערובות. נניח שאנו צריכים להשיג חומרים טהורים מתמיסה מימית של מלח. לשם כך יש לחמם את התערובת. כתוצאה מכך, המים יהפכו לאדים, והמלח יתגבש. אבל יחד עם זאת, לא תהיה התמרה של חומר אחד למשנהו. המשמעות היא שהבסיס לתהליך זה הן תופעות פיזיקליות.
שיטות להפרדת תערובות תלויות במצב הצבירה, ביכולת ההמסה, בהבדל בנקודת הרתיחה, בצפיפות ובהרכב מרכיביה. בואו נשקול כל אחד מהם בפירוט רב יותר על ספציפידוגמאות.
סינון
שיטת הפרדה זו מתאימה לתערובות המכילות נוזל ומוצק בלתי מסיס. למשל, מים וחול נהר. תערובת זו חייבת לעבור דרך מסנן. כתוצאה מכך, מים נקיים יעברו דרכו בחופשיות, והחול יישאר.
Settling
כמה שיטות להפרדה של תערובות מבוססות על פעולת כוח הכבידה. כך ניתן לפרק תרחיפים ואמולסיות לחומרים טהורים. אם שמן צמחי נכנס למים, תחילה יש לנער את התערובת. ואז להשאיר את זה לזמן מה. כתוצאה מכך המים יהיו בתחתית הכלי, והשמן יכסה אותו בצורה של סרט.
בתנאי מעבדה, משפך הפרדה משמש לשיקוע. כתוצאה מעבודתו, הנוזל הצפוף יותר מתנקז לתוך הכלי, בעוד שהקל נשאר.
ההתיישבות מאופיינת במהירות נמוכה של התהליך. לוקח זמן מסוים עד להיווצרות המשקע. בתנאים תעשייתיים, שיטה זו מתבצעת במבנים מיוחדים הנקראים מיכלי שיקוע.
פעולה עם מגנט
אם התערובת מכילה מתכת, ניתן להפריד אותה באמצעות מגנט. לדוגמה, סיבי ברזל ועץ נפרדים. אבל האם לכל המתכות יש את התכונות הללו? בכלל לא. לשיטה זו מתאימות רק תערובות המכילות פרומגנטים. בנוסף לברזל, אלה כוללים ניקל, קובלט, גדוליניום, טרביום, דיספרוזיום, הולמיום, ארביום.
זיקוק
זו הכותרת בבתרגום מלטינית פירושו "מנקז טיפות". זיקוק היא שיטה להפרדת תערובות המבוססת על ההבדל בנקודות הרתיחה של חומרים. כך, גם בבית, ניתן להפריד בין אלכוהול ומים. החומר הראשון מתחיל להתאדות כבר בטמפרטורה של 78 מעלות צלזיוס. נגיעה במשטח הקר, אדי האלכוהול מתעבים והופך למצב נוזלי.
בתעשייה מתקבלים בדרך זו מוצרי זיקוק נפט, חומרים ארומטיים, מתכות טהורות.
האידוי והתגבשות
שיטות ההפרדה הללו מתאימות לתמיסות נוזליות. החומרים המרכיבים את הרכבם שונים בנקודת הרתיחה שלהם. כך ניתן להשיג גבישים של מלח או סוכר מהמים שבהם הם מומסים. לשם כך, התמיסות מחוממות ומאדות למצב רווי. במקרה זה, הגבישים מופקדים. אם יש צורך להשיג מים טהורים, אז התמיסה מובאת לרתיחה, ולאחר מכן עיבוי האדים על משטח קר יותר.
שיטות להפרדת תערובות גז
תערובות גז מופרדות בשיטות מעבדה ותעשייתיות, מכיוון שתהליך זה דורש ציוד מיוחד. חומר הגלם ממקור טבעי הוא אוויר, קוק, גנרטור, גז נלווה וטבעי, שהוא שילוב של פחמימנים.
השיטות הפיזיקליות להפרדת תערובות במצב גזי הן כדלקמן:
- עיבוי הוא תהליך הדרגתיקירור התערובת, שבמהלכו מתרחש עיבוי מרכיביה. במקרה זה, קודם כל, חומרים רותחים גבוהים, הנאספים במפרידים, עוברים למצב נוזלי. בדרך זו מתקבל מימן מגז תנור קוק, ואמוניה מופרדת גם מהחלק שלא הגיב בתערובת.
- ספיגה היא ספיגה של חומרים מסוימים על ידי אחרים. לתהליך זה יש מרכיבים הפוכים, שביניהם נוצר שיווי משקל במהלך התגובה. התהליכים קדימה ואחורה דורשים תנאים שונים. במקרה הראשון, מדובר בשילוב של לחץ גבוה וטמפרטורה נמוכה. תהליך זה נקרא ספיגה. אחרת, נעשה שימוש בתנאים הפוכים: לחץ נמוך בטמפרטורה גבוהה.
- הפרדת ממברנה היא שיטה שבה משתמשים בתכונה של מחיצות חדירות למחצה כדי להעביר באופן סלקטיבי מולקולות של חומרים שונים.
- ריפלוקסציה - תהליך עיבוי של חלקים רותחים גבוהים של תערובות כתוצאה מהתקררותם. במקרה זה, טמפרטורת המעבר למצב נוזלי של הרכיבים הבודדים צריכה להיות שונה באופן משמעותי.
כרומטוגרפיה
ניתן לתרגם את השם של שיטה זו כ"אני כותב עם צבע". תארו לעצמכם שמוסיפים דיו למים. אם מורידים את קצה נייר הסינון לתערובת כזו, הוא יתחיל להיספג. במקרה זה, מים ייספגו מהר יותר מדיו, אשר קשור לדרגה שונה של ספיגה של חומרים אלו. כרומטוגרפיה היא לא רק שיטה להפרדת תערובות, אלא גם שיטה לחקר תכונות של חומרים כמו דיפוזיה ומסיסות.
אז נפגשנועם מושגים כמו "חומרים טהורים" ו"תערובות". הראשונים הם יסודות או תרכובות המורכבות רק מחלקיקים מסוג מסוים. הדוגמאות שלהם הן מלח, סוכר, מים מזוקקים. תערובות הן אוסף של חומרים בודדים. נעשה שימוש במספר שיטות להפרדה ביניהם. הדרך שבה הם מופרדים תלויה בתכונות הפיזיקליות של מרכיביה. העיקריים שבהם הם שקיעה, אידוי, התגבשות, סינון, זיקוק, מגנטיזציה וכרומטוגרפיה.
