Roztwór macierzysty, filtracja i definicje pokrewne
- Szczegóły
ROZPUSZCZANIE - to fizyczny proces mieszania składników, prowadzący do otrzymania roztworu. Proces ten polega na przejściu ciała stałego do roztworu. Substancja, która się rozpuściła, nazywana jest substancją rozpuszczoną, a ciecz, w której nastąpił proces rozpuszczenia nosi nazwę rozpuszczalnika.
STĘŻENIE - to ilość substancji rozpuszczonej w danej ilości rozpuszczalnika.
W zależności od jednorodności składu mieszaniny dzielimy na jednorodne (homogeniczne) i niejednorodne (heterogeniczne).
Mieszaniny jednorodne i niejednorodne
MIESZANINA JEDNORODNA - zwana także homogeniczną, posiada jednakowe właściwości w całej objętości, co oznacza, że nie można rozróżnić jej składników gołym okiem. Homogeniczne mieszaniny jednorodne noszą nazwę roztworów, przykładowe mieszaniny jednorodne to: cukier w wodzie, roztwory wodne soków, solanka (roztwór wodny soli kamiennej), stopy metali (brąz), benzyna (mieszanina węglowodorów), powietrze (mieszanina gazów).
Roztwory homogeniczne są roztworami, w których „gołym okiem” nie widać składników mieszaniny. Przykładem może być np. woda z cukrem.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
MIESZANINA NIEJEDNORODNA - nazywana też heterogeniczną, złożona jest z części o różnych właściwościach, które można rozróżnić gołym okiem, za pomocą lupy lub mikroskopu. Mieszaniny niejednorodne to np. zaprawa murarska (piasek plus woda, wapno i cement), piasek z wodą, opiłki żelaza zmieszane z cukrem.
Roztwory heterogeniczne są roztworami, w których możemy wyróżnić składniki mieszaniny. Przykładem może być węglan wapnia (CaCO3) w wodzie. Roztwór heterogeniczny można otrzymać również w wyniku reakcji chemicznej dwóch homogenicznych roztworów, np. w wyniku reakcji siarczanu(VI) miedzi(II) (CuSO4) z wodorotlenkiem sodu (NaOH) otrzymujemy niebieski galaretowaty osad wodorotlenku miedzi(II) (CuOH2, zgodnie z równaniem reakcji: CuSO4+2 NaOH→CuOH2↓+Na2SO4.
W wyniku powyższej reakcji otrzymujemy dwie nowe substancje - wodorotlenek miedzi(II), który jest słabo rozpuszczalny w wodzie, oraz siarczan(VI) sodu, który z kolei jest dobrze rozpuszczalny w wodzie.
Rozpuszczalność i roztwory nasycone
ROZPUSZCZALNOŚĆ - to ilość substancji (stałej, ciekłej lub gazowej) rozpuszczonej w roztworze nasyconym w danym rozpuszczalniku w określonej temperaturze i pod danym ciśnieniem. Rozpuszczalność ciał stałych i cieczy bardzo mało się zmienia pod wpływem zmian ciśnienia, główny natomiast wpływ wywiera temperatura. Ciała stałe prawie zawsze lepiej się rozpuszczają w wyższych temperaturach, często w temperaturach bliskich temperaturze topnienia danej substancji stałej rozpuszczalność gwałtownie rośnie, aby w temp. topnienia osiągnąć wartość nieograniczoną.
ROZTWÓR NASYCONY - to roztwór zawierający maksymalną, nie naruszającą jego trwałości zawartość ciał rozpuszczonych. Roztwór nasycony, nie zmienia swego stężenia w kontakcie z czystą fazą substancji rozpuszczonej, w danych warunkach termodynamicznych, takich jak ciśnienie czy temperatura. W praktyce oznacza to stan, w którym z roztworu nasyconego nie wytraca się żaden osad ale też nie można rozpuścić w nim już więcej substancji (bez zmian warunków termodynamicznych).
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Ciekły roztwór nasycony uzyskuje się na drodze stopniowego dodawania rozpuszczanej substancji do roztworu, aż do momentu gdy kolejna dodana porcja już się nie rozpuści.
Metody rozdzielania mieszanin
Rozdzielenie mieszanin stosuje się między innymi w celu uzyskania jednego lub kilku składników w stanie czystym.
Metody rozdzielania mieszanin niejednorodnych obejmują filtrację, sedymentację i dekantację.
Sedymentacja i dekantacja
SEDYMENTACJA - to proces prowadzący do rozdziału ciała stałego od cieczy, gdzie kryterium podziału jest różnica gęstości. Pod wpływem działania siły grawitacji (lub sił odśrodkowych w ultrawirówkach) gęstsze składniki mieszaniny (cząstki ciała stałego rozproszone w cieczy) samoistnie osadzają się na dnie naczynia. Prędkość sedymentacji jest wprost proporcjonalna do masy i rozmiarów cząstek, a odwrotnie proporcjonalna do lepkości cieczy.
Sedymentacja to proces opadania cząstek stałych na dno cieczy pod wpływem siły ciężkości. Po opadnięciu cząstek ciecz można ostrożnie zlać (dekantacja) znad osadu. Przykład: oddzielanie piasku od wody.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Proces sedymentacji w połączeniu z procesem dekantacji pozwala na oddzielanie zawiesin cząstek od cieczy w odstojnikach, mające zastosowanie w oczyszczalniach ścieków.
DEKANTACJA - to metoda oddzielania ciał stałych od cieczy, np. po strąceniu osadu czeka się, aż osiądzie on na dnie zlewki i ostrożnie zlewa się klarowną ciecz. Proces dekantacji wykonuje się w wielu powtórzeniach, dolewając czystego rozpuszczalnika i czekając na ponowne opadnięcie osadu. Roztwór powoli dekantujemy po bagietce.
Filtracja
SĄCZENIE (filtracja) - to oddzielanie ciał stałych od cieczy. W laboratoriach mieszaninę przepuszcza się przez lejki zaopatrzone w sączki; ciecz zwana przesączem przedostaje się przez pory sączka do odbieralnika (np. zlewki), zaś ciało stałe (osad) pozostaje na sączku. Ponieważ osad zatyka pory sączka i utrudnia sączenie wskazana jest uprzednia dekantacja.
Filtracja polega na przepuszczaniu mieszaniny przez materiał porowaty (filtr), który zatrzymuje cząstki stałe o odpowiednich rozmiarach (większych niż pory filtra), a przepuszcza ciecz lub gaz. Przykład: oddzielanie fusów kawy od naparu, oddzielenie kryształów od roztworu.
Po złożeniu zestawu do sączenia, należy zwilżyć sączek odpowiednim roztworem - takim, w którym była prowadzona reakcja. Roztwór nalewamy po bagietce do lejka, gdzie umieszczony jest sączek. W przypadku, kiedy w zlewce zostanie osad, przemywamy zlewkę kilkakrotnie wodą, aby cały osad znalazł się na sączku. Następnie osad na sączku przemywamy wodą destylowaną, aby się go pozbyć, czyli tych resztek roztworu macierzystego. Jeśli jednak przesącz będzie mętny, musimy powtórzyć sączenie do momentu, aż uzyskamy przesącz klarowny.
W praktyce laboratoryjnej stosujemy często sączenie pod zmniejszonym ciśnieniem. Sączenie polega na zasysaniu powietrza z kolby Büchnera, w wyniku czego w kolbie tworzy się podciśnienie. Powoduje to szybsze sączenie się przesączu. Dzięki temu możemy znacznie szybciej sączyć osady kłaczkowate, które długo sączyłyby się na zwykłym zestawie do sączenia. Proces sączenia nazywany jest również filtracją.
Pozostałe metody rozdzielania mieszanin
Mieszaniny jednorodne rozdzielić można przez: destylację, odparowanie rozpuszczalnika, krystalizację, ekstrakcję lub chromatografię.
Krystalizacja
KRYSTALIZACJA - to proces powstawania kryształów w roztworze lub substancjach stopionych. Krystalizacja jest jedną z podstawowych metod oczyszczania i rozdzielania mieszanin na skalę laboratoryjną i przemysłową.
Krystalizacja to proces tworzenia kryształów z roztworu. Gdyby w danej ilości rozpuszczalnika znajdowało się więcej substancji rozpuszczonej aniżeli wynika to z rozpuszczalności, dla danych warunków ciśnienia i temperatury, to w większości przypadków substancja rozpuszczona uległaby wytrąceniu w takiej ilości, aby roztwór pozostał nasycony Przykład: otrzymywanie soli z wody morskiej.
Jeżeli obniżyć temperaturę roztworu nasyconego jakiejś substancji, wówczas roztwór staje się przesycony (rozpuszczalność na ogół maleje z obniżeniem temperatury) i wydzielają się z niego kryształy substancji rozpuszczonej. Aby proces krystalizacji mógł się rozpocząć muszą najpierw powstać pierwsze, bardzo małe kryształki zwane zarodkami krystalizacji.
Chromatografia
CHROMATOGRAFIA - to metoda rozdzielania mieszanin (głównie w celach analitycznych, czasem preparatywnych) wyzyskująca różnice szybkości wędrówki składników w ośrodkach porowatych. Podstawowym rodzajem chromatografii jest chromatografia kolumnowa.
Chromatografia to metoda rozdzielania składników mieszaniny ciekłej lub stałej, na podstawie ich różnej zdolności do przemieszczania się w fazie stacjonarnej i ruchomej. Rozdział substancji następuje w wyniku przepuszczenia roztworu badanej mieszaniny przez specjalnie przygotowaną fazę rozdzielczą (złoże), zwaną fazą stacjonarną.
Destylacja
DESTYLACJA - to jedna z metod oddzielania i oczyszczania ciekłych związków chemicznych, wyzyskująca fakt, że wrząca mieszanina ciekła wysyła parę o innym składzie niż skład mieszaniny ciekłej (wyjątek stanowią azeotropy). Skraplając pary wydzielające się z wrzącej cieczy otrzymuje się szereg frakcji destylatu o składzie innym niż skład cieczy poddanej destylacji (destylacja frakcyjna).
Destylacja to proces polegający na odparowywaniu cieczy z mieszaniny składników pozostających w stanie ciekłym i następnie kondensacji pary. Wykorzystuje różnice w temperaturach wrzenia składników. Przykład: destylacja wody z roztworu soli, destylacja ropy naftowej.
Zestawienie metod rozdziału
| Metoda rozdziału | Właściwości osadu | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Sączenie | Substancje, które różnią się stanem skupienia i wielkością cząstek. | Oczyszczanie wody w miejskich wodociągach. |
| Dekantacja | Substancje, które różnią się stanem skupienia i gęstością - łatwo opadające na dno. | Oddzielanie osadów w miejskich wodociągach, który zazwyczaj poprzedza proces sączenia. |
| Wirowanie | Substancje, które różnią się stanem skupienia, trudno opadające na dno - nieróżniące się gęstością. | Analiza małych ilości próbek w laboratorium chemicznym, biochemicznym. |
tags: #roztwór #macierzysty #filtracja #definicja
