Metodi di separazione di miscele omogenee ed eterogenee
Conoscendo i metodi di separazione possono essere necessarie miscele omogenee ed eterogenee nell'industria, nei laboratori o persino in casa, per utilizzare uno o più componenti che formano tali miscele. Per poter separare le miscele sono necessari uno o più processi, attraverso i quali è possibile portarli ai loro componenti originali.
I metodi adeguati per separare i componenti di una miscela dipenderanno interamente dalla fase in cui si trova (con maggiore enfasi su questo dettaglio se la miscela è omogenea), il livello di omogeneità che possiede e persino la natura dei composti che il modulo.
In natura esistono due tipi di miscele che possono essere formate tra due o più sostanze chimiche: omogenee, in cui i componenti sono distribuiti uniformemente; ed eterogenei, in cui i componenti della miscela non sono in una distribuzione uniforme, o hanno regioni localizzate con proprietà diverse.
La più grande differenza tra queste miscele è che, mentre due campioni di una soluzione omogenea saranno uguali nella loro concentrazione componente, due campioni di uno eterogeneo non lo saranno.
Alcuni processi complessi, come la distillazione, il congelamento frazionato e l'evaporazione, ci consentono di utilizzare mezzi più efficaci delle forze meccaniche per ottenere una separazione totale dei componenti a causa del loro punto di fusione, punto di ebollizione e altre proprietà intrinseche di ciascuna specie coinvolta. .
Metodi di separazione di miscele omogenee
I metodi di separazione usati per miscele omogenee sono più complessi di quelli usati per separare quelli eterogenei.
Ciò accade perché una semplice applicazione di forza meccanica non sarà sufficiente a staccare particelle, liquidi o gas legati ad un altro liquido o gas, quindi si dovrebbero prendere in considerazione altre caratteristiche individuali che possono essere sfruttate: solubilità, polarità e punti di ebollizione e solidificazione.
distillazione
La distillazione è il metodo di purificazione dei liquidi per eccellenza, che si basa sulla separazione dei componenti di una miscela liquida mediante ebollizione selettiva e condensazione.
La distillazione può essere eseguita per ottenere la completa separazione dei componenti o per ottenere una separazione parziale che aumenti la concentrazione di alcuni componenti desiderati.
Questa tecnica sfrutta le differenze di volatilità tra i componenti della miscela per portare la temperatura del sistema al più basso intervallo di ebollizione tra i componenti, separando questo primo componente dalla miscela e così via fino a ottenere il risultato desiderato.
Esistono numerosi tipi di distillazione, tra cui la semplice distillazione, frazionale, a vapore, a vuoto e altro.
Quest'ultimo viene fatto quando i composti hanno punti di ebollizione molto alti, quindi è preferibile abbassare la pressione del sistema in modo che questo punto sia più facile da raggiungere a temperature più basse.
cromatografia
La cromatografia è una tecnica utilizzata nei laboratori per la separazione di una miscela. La miscela (o "analita") si dissolve in un fluido chiamato "fase mobile", che ha la funzione di trasportarlo attraverso una struttura che ha il nome di "fase stazionaria".
Poiché i singoli composti della miscela viaggiano a velocità diverse attraverso questa fase stazionaria, la miscela viene separata dai componenti durante questo processo, rendendo possibile determinare la proporzione di ciascun componente della miscela (se questa è l'intenzione) o semplicemente per purificare l'analita.
Il cromatogramma ottenuto viene utilizzato per interpretare i risultati o lo sviluppo del processo di separazione, osservando gli schemi tracciati in esso per riconoscere quali componenti sono stati separati e in quale proporzione.
L'attrezzatura utilizzata per questo processo è chiamata cromatografo e ci sono tecniche nei gas e nei liquidi, il che implica che può essere fatto in colonne o in forma planare.
evaporazione
L'evaporazione è una tecnica di vaporizzazione, che si verifica sulla superficie di un liquido mentre passa nella fase gassosa.
Questo processo si basa sull'applicazione di energia a una miscela di liquidi, che viene riscaldata fino a raggiungere il punto di ebollizione del liquido che verrà estratto (solitamente acqua), dopo di che è possibile separare questo componente dalla miscela.
Dopo che questo componente viene rilasciato dalla miscela, diminuirà di temperatura a causa di un effetto chiamato raffreddamento evaporativo.
precipitazione
Precipitazione mira alla formazione di un solido in una soluzione; infatti, quando le particelle solide si formano in una soluzione liquida, vengono chiamate "precipitate".
La precipitazione può essere effettuata aggiungendo precipitanti al campione, che promuovono la formazione di precipitato sul fondo della soluzione. Altre volte questo si verifica come un effetto collaterale di una reazione chimica tra due composti.
Nel caso dei solidi, vi è un invecchiamento termico dei metalli, che è un trattamento che provoca la deposizione di fasi metastabili all'interno di una lega. Rappresentano impurità che induriscono il materiale e impediscono i difetti del suo reticolo cristallino.
Questo processo è utilizzato principalmente nella produzione di pigmenti, nella rimozione del sale dall'acqua, nel trattamento dell'acqua e in alcune analisi qualitative inorganiche.
ricristallizzazione
La ricristallizzazione è una tecnica di purificazione chimica che consente ad un componente indesiderato (che è disciolto in una piccola quantità) di essere estratto da una sostanza desiderata, tipicamente una soluzione liquida.
Questa tecnica consiste nella dissoluzione della miscela in questione in un solvente, che genera una soluzione satura. Questa soluzione viene lasciata raffreddare, dopo di che diminuirà la solubilità dei composti in soluzione.
Infine, il composto desiderato formerà dei cristalli solidi, lasciando le impurità nella soluzione e può essere estratto per un uso futuro.
La purezza del precipitato cristallino può essere aumentata passando questa sostanza attraverso il processo più e più volte, rimuovendo sempre più impurità e aumentando la concentrazione dei cristalli del composto desiderato.
Metodi di separazione di miscele eterogenee
essiccazione
Questo processo comporta il trasferimento di massa per rimuovere l'acqua o un altro solvente da un solido o liquido e rappresenta un processo comune nel settore prima di immagazzinare i prodotti per il trasporto o la vendita.
Si verifica principalmente con l'uso di una fonte di calore e una corrente d'aria o il movimento del solido bagnato per separare efficacemente il liquido da esso.
Esistono diversi metodi per l'asciugatura, tra cui:
- Essiccazione per contatto indiretto, che avviene, ad esempio, attraverso pareti calde.
- Essiccamento diretto, per aria e convezione.
- Essicazione dielettrica, che utilizza la radiofrequenza o le microonde.
- Liofilizzazione, che fa sublimare il solvente da una fase solida congelata.
- Essiccazione supercritica, che utilizza vapore surriscaldato per far bollire l'acqua nel mezzo.
L'essiccazione non viene effettuata solo mediante l'applicazione di calore, poiché può anche avvenire attraverso passaggi di aria calda o naturalmente mediante trasferimento di massa.
Questo ultimo esempio spiega perché gli oggetti umidi si asciugano al sole senza doverli portare alla temperatura di ebollizione dell'acqua.
estrazione
L'estrazione è un processo che consiste nella separazione di una sostanza da una data fase a un'altra, potendo essere del tipo solido-solido o liquido-liquido.
Si basa sulla proprietà di miscibilità e / o relativa solubilità, facendo uso di tre sostanze che sono fatte per interagire nel processo: il soluto, il mezzo in cui si trova il soluto (tipicamente acqua) e un solvente organico.
Per eseguire il tipo più comune di estrazione -e, l'estrazione liquido-liquido-, si ha una soluzione acquosa che si desidera separare, per la quale viene utilizzato un solvente organico che intrappola il composto disciolto nell'acqua e cattura, dissolvendolo in questa nuova sostanza e lasciando la povera acqua in soluto alla fine del processo.
Nel caso dell'estrazione solido-solido, questo viene solitamente effettuato in base alla polarità dell'analita, facendo passare un solvente polare che cattura il soluto più polare e lo rimuove dal non-polare, separando efficacemente la miscela.
filtrazione
Rappresenta un semplice processo di separazione dei solidi da liquidi o gas. La filtrazione è un insieme di operazioni meccaniche, fisiche o biologiche che aggiungono un mezzo filtrante tra il solido e il fluido.
Ciò consente di creare uno spazio attraverso il quale può passare solo il fluido (che ora verrà chiamato filtraggio), mentre i solidi saranno intrappolati nel mezzo da utilizzare o scartare, a seconda di ciò che desiderano gli analisti.
La filtrazione è un'operazione fisica e può essere utilizzata in una miriade di modi: si utilizzano filtri di superficie, che sono schermi solidi che intrappolano particelle solide con o senza l'aiuto di carta filtro; o un filtro di profondità, che è un letto di materiale granulare che trattiene le particelle mentre il liquido o il gas lo attraversano.
Il vantaggio del filtro di superficie è che consente di raccogliere i rifiuti solidi intatti, ma il filtro di profondità è meno soggetto all'occlusione a causa della maggiore superficie in cui vengono catturati i rifiuti.
