ของผสมและสารละลาย — ประเภทและวิธีแยกสาร

ของผสมคือการรวมกันทางกายภาพของสารหลายชนิด ส่วนสารละลายเป็นของผสมชนิดพิเศษ คือของผสมเนื้อเดียวที่มีสารหนึ่งละลายอย่างสม่ำเสมอในอีกสารหนึ่ง

เรื่องนี้สำคัญ เพราะชนิดของของผสมช่วยให้คุณเลือกวิธีแยกสารได้ถูกต้อง ถ้าตัวอย่างไม่สม่ำเสมอ การกรองหรือการรินแยกอาจใช้ได้ แต่ถ้าเป็นสารละลายจริง มักต้องใช้การระเหยหรือการกลั่นแทน

ความแตกต่างระหว่างของผสมกับสารละลายแบบสรุป

ใช้การทดสอบสั้น ๆ นี้:

• ของผสม คือการรวมกันทางกายภาพของสารหลายชนิด
• สารละลาย คือ ของผสมเนื้อเดียว
• ในสารละลาย สารที่ถูกละลายคือ ตัวถูกละลาย และตัวกลางที่ใช้ละลายคือ ตัวทำละลาย

ดังนั้น สารละลายทุกชนิดเป็นของผสม แต่ไม่ใช่ของผสมทุกชนิดจะเป็นสารละลาย

ประเภทของของผสม: เนื้อเดียวและเนื้อผสม

คำถามแรกที่ควรถามคือ ตัวอย่างมีลักษณะสม่ำเสมอเหมือนกันทุกส่วนหรือไม่

ของผสมเนื้อเดียวมีลักษณะเหมือนกันทั่วทั้งตัวอย่าง

ของผสมเนื้อเดียวจะดูสม่ำเสมอทั่วทั้งตัวอย่าง คุณจะไม่เห็นส่วนที่แตกต่างกันด้วยการสังเกตทั่วไป

น้ำเกลือเป็นตัวอย่างมาตรฐาน เกลือละลายอย่างสม่ำเสมอ จึงมีองค์ประกอบเหมือนกันจากส่วนหนึ่งของตัวอย่างไปยังอีกส่วนหนึ่ง

สารละลายอยู่ในกลุ่มนี้

ของผสมเนื้อผสมมีส่วนที่แตกต่างกันชัดเจน

ของผสมเนื้อผสมไม่สม่ำเสมอทั่วทั้งตัวอย่าง แต่ละส่วนอาจมีองค์ประกอบต่างกัน หรือคุณอาจเห็นแยกเป็นหลายเฟส

ทรายในน้ำเป็นตัวอย่างง่าย ๆ ทรายไม่ละลาย ดังนั้นตัวอย่างจึงไม่เหมือนกันทุกส่วน

สารแขวนลอยเป็นของผสมเนื้อผสม หนังสือเรียนบางเล่มอาจแยกคอลลอยด์ออกมาต่างหาก แต่สำหรับการพิจารณาเบื้องต้น การถามว่าตัวอย่างสม่ำเสมอหรือไม่ มักเป็นจุดเริ่มต้นที่ถูกต้อง

อะไรทำให้สารละลายแตกต่าง

ในสารละลาย ตัวถูกละลายกระจายตัวในระดับโมเลกุลหรือไอออน จึงทำให้ของผสมยังคงสม่ำเสมอภายใต้การมองเห็นทั่วไป นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมการกรองมักไม่สามารถแยกตัวถูกละลายออกจากตัวทำละลายได้

ตัวอย่างเช่น การกรองน้ำเกลือไม่สามารถเอาเกลือที่ละลายอยู่ออกได้ เกลือไม่ได้อยู่ในรูปอนุภาคขนาดใหญ่ที่มองเห็นได้ซึ่งกระดาษกรองจะดักไว้ได้

ถ้าสิ่งนั้นละลายจริง ให้ปฏิบัติต่อมันต่างจากของผสมที่เพียงแค่คนรวมกัน

วิธีแยกสารใช้ได้ก็ต่อเมื่อสมบัติบางอย่างแตกต่างกัน

ไม่มีวิธีแยกสารแบบสากลที่ใช้ได้กับของผสมทุกชนิด วิธีที่ใช้ต้องสอดคล้องกับความแตกต่างทางกายภาพระหว่างองค์ประกอบ

ตัวอย่างที่พบบ่อย:

• การกรอง ใช้ความแตกต่างของขนาดอนุภาค เหมาะเมื่อองค์ประกอบหนึ่งเป็นของแข็งที่ไม่ละลายในของไหล
• การรินแยก ใช้การตกตะกอนและความแตกต่างของความหนาแน่น เหมาะเมื่อส่วนหนึ่งตกตะกอน หรือเมื่อของเหลวสองชนิดแยกเป็นคนละชั้น
• การระเหย ใช้กำจัดตัวทำละลายเมื่อมันสามารถกลายเป็นไอออกไปได้ และตัวถูกละลายยังคงเหลืออยู่
• การกลั่น ใช้ความแตกต่างของจุดเดือดเพื่อแยกของเหลว หรือใช้แยกตัวทำละลายออกจากสารละลาย
• โครมาโทกราฟี แยกสารตามความแตกต่างในการเคลื่อนที่ระหว่างเฟสอยู่กับที่และเฟสเคลื่อนที่

เงื่อนไขสำคัญนั้นง่ายมาก: วิธีนั้นจะใช้ได้ก็ต่อเมื่อสมบัติที่เกี่ยวข้องแตกต่างกันจริง

ตัวอย่างทำโจทย์: แยกทรายและเกลือออกจากน้ำ

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าการจำแนกให้ถูกต้องสำคัญอย่างไร

ลองนึกภาพว่าคุณเติมทรายและเกลือลงในน้ำ แล้วคนให้เข้ากัน

คุณได้อะไร?

• เกลือละลาย และเกิดเป็น สารละลาย กับน้ำ
• ทรายไม่ละลาย ดังนั้นตัวอย่างโดยรวมยังคงเป็น ของผสมเนื้อผสม

ต่อไปแยกสารทีละขั้น

ขั้นแรก ใช้ การกรอง ทรายจะค้างอยู่บนตัวกรอง เพราะเป็นของแข็งไม่ละลายและมีอนุภาคใหญ่พอที่จะถูกดักไว้ ส่วนสารละลายเกลือจะไหลผ่านไป

ขั้นที่สอง แยกเกลือออกจากน้ำ ถ้าคุณต้องการแค่เกลือ การระเหย จะเอาน้ำออกและเหลือเกลือไว้ แต่ถ้าคุณต้องการได้น้ำด้วย การกลั่น เป็นวิธีที่ดีกว่า เพราะไอน้ำสามารถควบแน่นและเก็บรวบรวมได้

ข้อสรุปเชิงปฏิบัติคือ ตัวอย่างหนึ่งอาจมีทั้งสารละลายและสารที่ยังไม่ละลายในเวลาเดียวกัน ดังนั้นส่วนต่าง ๆ ของตัวอย่างอาจต้องใช้วิธีแยกสารต่างกัน

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยเกี่ยวกับของผสมและสารละลาย

คิดว่าของเหลวใสต้องเป็นสารบริสุทธิ์

ตัวอย่างที่ใสอาจยังเป็นของผสมได้ น้ำเกลือและน้ำตาลละลายน้ำมีลักษณะใส แต่ไม่ใช่สารบริสุทธิ์

สับสนระหว่างการละลายกับการหลอมเหลว

เมื่อเกลือละลายในน้ำ มันไม่ได้กำลังหลอมเหลว แต่มันกำลังกระจายตัวอยู่ในตัวทำละลาย

พยายามกรองสารละลายจริง

การกรองใช้ได้กับอนุภาคที่ไม่ละลาย ไม่ใช่อนุภาคของตัวถูกละลายที่ละลายอยู่ในตัวทำละลายแล้ว

คิดว่าการแยกสารต้องมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

ของผสมหลายชนิดแยกได้ด้วยวิธีทางกายภาพเพียงอย่างเดียว สารไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นสารใหม่ก่อน

ของผสมและสารละลายถูกใช้ที่ไหนบ้าง

ของผสมและสารละลายพบได้ในงานบำบัดน้ำ การแปรรูปอาหาร การทดสอบสิ่งแวดล้อม เภสัชกรรม และงานในห้องปฏิบัติการ นักเคมีใช้คำถามพื้นฐานชุดเดิมทุกครั้ง: ตัวอย่างสม่ำเสมอหรือไม่ มีอะไรละลายอยู่ และสมบัติทางกายภาพใดใช้แยกองค์ประกอบได้

สิ่งนี้ยังอธิบายกรณีในชีวิตประจำวันได้ด้วย การชงกาแฟใช้การกรอง เกลือจากน้ำทะเลได้มาจากการระเหย การกลั่นลำดับส่วนในอุตสาหกรรมใช้แยกของเหลว เพราะจุดเดือดของมันต่างกันมากพอที่จะทำได้จริง

วิธีเลือกวิธีแยกสารที่เหมาะสม

ก่อนเลือกวิธีแยกสาร ให้ถามว่า:

1. ตัวอย่างเป็นของผสมเนื้อเดียวหรือเนื้อผสม?
2. มีสารใดละลายอยู่จริงหรือไม่?
3. สมบัติทางกายภาพใดแตกต่างกันมากพอที่จะใช้ได้: ขนาดอนุภาค ความหนาแน่น จุดเดือด หรือการละลายได้?

รายการตรวจสอบสั้น ๆ นี้ช่วยป้องกันความผิดพลาดได้เกือบทั้งหมด

ลองพิจารณากรณีที่คล้ายกัน

พิจารณา 3 กรณี: ทรายกับน้ำ น้ำเกลือ และน้ำมันกับน้ำ สำหรับแต่ละกรณี ให้บอกชนิดของของผสมก่อน แล้วจึงเลือกวิธีแยกสารหนึ่งวิธีที่สอดคล้องกับความแตกต่างของสมบัติจริง นี่เป็นวิธีที่เร็วที่สุดที่จะทำให้เข้าใจเรื่องนี้ได้แม่นยำ