Mieszaniny i roztwory — rodzaje i metody rozdzielania

Mieszanina to fizyczne połączenie substancji. Roztwór to szczególny rodzaj mieszaniny: mieszanina jednorodna, w której jedna substancja jest równomiernie rozpuszczona w drugiej.

To ważne, ponieważ rodzaj mieszaniny pomaga dobrać metodę rozdzielania. Jeśli próbka nie jest jednorodna, może zadziałać filtracja lub dekantacja. Jeśli jest to prawdziwy roztwór, zwykle potrzebne są zamiast tego odparowanie lub destylacja.

Mieszanina a roztwór — najważniejsze różnice

Skorzystaj z tego krótkiego testu:

• Mieszanina to dowolne fizyczne połączenie substancji.
• Roztwór to mieszanina jednorodna.
• W roztworze rozpuszczona substancja to substancja rozpuszczona, a ośrodek rozpuszczający to rozpuszczalnik.

Każdy roztwór jest więc mieszaniną, ale nie każda mieszanina jest roztworem.

Rodzaje mieszanin: jednorodne i niejednorodne

Pierwsze pytanie, jakie warto zadać, brzmi: czy próbka jest jednakowa w całej objętości?

Mieszaniny jednorodne wyglądają tak samo w całej objętości

Mieszanina jednorodna wygląda jednolicie w całej próbce. Przy zwykłej obserwacji nie widać w niej różnych części.

Typowym przykładem jest słona woda. Sól jest rozpuszczona równomiernie, więc skład jest taki sam w każdej części próbki.

Do tej kategorii należą roztwory.

Mieszaniny niejednorodne mają wyraźnie różne części

Mieszanina niejednorodna nie jest jednakowa w całej objętości. Różne części mogą mieć inny skład albo można dostrzec oddzielne fazy.

Prostym przykładem jest piasek w wodzie. Piasek się nie rozpuszcza, więc próbka nie jest wszędzie taka sama.

Zawiesiny to mieszaniny niejednorodne. Niektóre podręczniki omawiają też osobno koloidy, ale na poziomie wprowadzającym zwykle najlepiej zacząć od pytania, czy próbka jest jednorodna.

Co odróżnia roztwór

W roztworze substancja rozpuszczona jest rozproszona w skali cząsteczkowej lub jonowej, więc mieszanina pozostaje jednorodna w zwykłych warunkach obserwacji. Dlatego filtracja zwykle nie rozdziela substancji rozpuszczonej od rozpuszczalnika.

Na przykład filtrowanie słonej wody nie usuwa rozpuszczonej soli. Sól nie występuje tam jako duże, widoczne cząstki, które bibuła filtracyjna mogłaby zatrzymać.

Jeśli coś jest naprawdę rozpuszczone, trzeba traktować to inaczej niż mieszaninę, którą tylko wymieszano.

Metody rozdzielania działają tylko wtedy, gdy jakaś właściwość się różni

Nie istnieje jedna uniwersalna metoda rozdzielania mieszanin. Metoda musi odpowiadać fizycznej różnicy między składnikami.

Typowe przykłady:

• Filtracja wykorzystuje rozmiar cząstek. Działa wtedy, gdy jeden składnik jest nierozpuszczalnym ciałem stałym w płynie.
• Dekantacja wykorzystuje sedymentację i różnice gęstości. Działa, gdy jedna część opada na dno albo gdy dwie ciecze tworzą oddzielne warstwy.
• Odparowanie usuwa rozpuszczalnik, gdy można go odparować, a substancja rozpuszczona pozostaje.
• Destylacja wykorzystuje różne temperatury wrzenia do rozdzielania cieczy albo do odzyskiwania rozpuszczalnika z roztworu.
• Chromatografia rozdziela substancje na podstawie tego, jak różnie przemieszczają się między fazą stacjonarną a fazą ruchomą.

Kluczowy warunek jest prosty: metoda działa tylko wtedy, gdy dana właściwość rzeczywiście się różni.

Przykład: rozdzielanie piasku i soli od wody

Ten przykład pokazuje, dlaczego poprawna klasyfikacja ma znaczenie.

Wyobraź sobie, że dodajesz do wody piasek i sól, a potem mieszasz.

Co otrzymujesz?

• Sól się rozpuszcza i tworzy z wodą roztwór.
• Piasek się nie rozpuszcza, więc cała próbka nadal jest mieszaniną niejednorodną.

Teraz rozdziel ją krok po kroku.

Najpierw zastosuj filtrację. Piasek zostanie na filtrze, ponieważ jest nierozpuszczalnym ciałem stałym o cząstkach na tyle dużych, że można je zatrzymać. Roztwór soli przejdzie przez filtr.

Następnie oddziel sól od wody. Jeśli chcesz tylko sól, odparowanie usunie wodę i pozostawi sól. Jeśli chcesz także odzyskać wodę, lepszą metodą będzie destylacja, ponieważ parę wodną można skroplić i zebrać.

Wniosek jest praktyczny: jedna próbka może jednocześnie zawierać roztwór i substancję nierozpuszczoną, więc różne części próbki mogą wymagać różnych metod rozdzielania.

Częste błędy dotyczące mieszanin i roztworów

Założenie, że klarowna ciecz musi być substancją czystą

Klarowna próbka nadal może być mieszaniną. Słona woda i woda z cukrem są klarowne, ale nie są substancjami czystymi.

Mylenie rozpuszczania z topnieniem

Gdy sól rozpuszcza się w wodzie, nie topi się. Rozprasza się w rozpuszczalniku.

Próba filtrowania prawdziwego roztworu

Filtracja działa w przypadku nierozpuszczalnych cząstek, a nie cząstek substancji już rozpuszczonej w rozpuszczalniku.

Myślenie, że rozdzielanie wymaga zmiany chemicznej

Wiele mieszanin rozdziela się wyłącznie metodami fizycznymi. Substancje nie muszą najpierw przekształcać się w nowe substancje.

Gdzie wykorzystuje się mieszaniny i roztwory

Mieszaniny i roztwory pojawiają się w uzdatnianiu wody, przetwórstwie żywności, badaniach środowiskowych, farmacji i pracy laboratoryjnej. Chemicy za każdym razem zadają te same podstawowe pytania: czy próbka jest jednorodna, co jest rozpuszczone i która właściwość fizyczna pozwala rozdzielić składniki?

To wyjaśnia też codzienne sytuacje. Parzenie kawy wykorzystuje filtrację. Sól z wody morskiej można otrzymać przez odparowanie. Destylacja frakcyjna w przemyśle rozdziela ciecze, ponieważ ich temperatury wrzenia różnią się na tyle, że jest to praktyczne.

Jak wybrać właściwą metodę rozdzielania

Przed wyborem metody rozdzielania zapytaj:

1. Czy próbka jest jednorodna czy niejednorodna?
2. Czy jakaś substancja jest naprawdę rozpuszczona?
3. Która właściwość fizyczna różni się na tyle, by ją wykorzystać: rozmiar cząstek, gęstość, temperatura wrzenia czy rozpuszczalność?

Ta krótka lista kontrolna pozwala uniknąć większości błędów.

Spróbuj podobnego przypadku

Weź trzy przypadki: piasek i woda, słona woda oraz olej z wodą. Dla każdego najpierw nazwij rodzaj mieszaniny, a potem wybierz jedną metodę rozdzielania, która pasuje do rzeczywistej różnicy właściwości. To najszybszy sposób, by dobrze utrwalić ten temat.