Σελίδα 25 από 31

10ο ΘΕΜΑ: Διαχωρισμοί μιγμάτων

Πειράματα

1. Γράψτε ΅ε το μελάνι των ... κατασκόπων

2. Το "μαύρο κάρβουνο" που λευκαίνει

3. Κάψτε τη ζάχαρη χωρίς φωτιά

Ερωτήσεις

Γνωρίζετε ότι...

Ι. Διαχωρισμοί μιγμάτων

Πολλές καθημερινές εργασίες που κάνουμε όπως το φιλτράρισμα του καφέ, το καθάρισμα της φακής κλπ δεν είναι παρά απλές μέθοδοι διαχωρισμού μιγμάτων στα συστατικά τους.
Τα μίγματα αποτελούν μια μεγάλη κατηγορία υλικών σωμάτων που δεν έχουν σταθερή και καθορισμένη σύσταση. Αλλά από τα μίγματα εμφανίζουν ομοιογένεια στη σύστασή τους, όπως ο αέρας (για μικρές υψομετρικές διαφορές), το πόσιμο νερό, τα οινοπνευματώδη ποτά κλπ. Τα μίγματα αυτά χαρακτηρίζονται ομογενή. Ετερογενή μίγματα είναι αυτά που δεν έχουν ομοιογενή σύσταση όπως το χώμα, τα ακάθαρτα μεταλλεύματα κλπ. Για να διαχωρίσουμε τα συστατικά ενός μίγματος, εκμεταλλευόμαστε τις διαφορές τους στις φυσικές ή χημικές ιδιότητες. Κατωτέρω σκιαγραφούμε μερικές ΅όνο μεθόδους διαχωρισμού από τις πολλές που υπάρχουν.

Α. Για να διαχωρίσουμε μίγμα στερεών:
α1-Αν τα συστατικά του μίγματος είναι μεγάλα και ευδιάκριτα μεταξύ τους τότε χρησιμοποιούμε τη μηχανική διαλογή που γίνεται με τα χέρια ή ΅ε τη βοήθεια λαβίδας. (Απλή και αποτελεσματική μέθοδος για να απομακρύνουμε τις πέτρες από τα φασόλια πριν από το μαγείρεμα). Μηχανική διαλογή αποτελεί και το συνηθισμένο κοσκίνισμα, για το διαχωρισμό στερεών σωματιδίων διαφορετικού μεγέθους.
α2- Αν κάποιο συστατικό του μίγματος εμφανίζει μαγνητικές ιδιότητες τότε χρησιμοποιείται ο μαγνητικός διαχωρισμός.
Όπως δείχνει και το σχήμα το μαγνητικό υλικό συγκρατείται από τον ηλεκτρομαγνήτη και πέφτει στη περιοχή Β, ενώ το ΅η μαγνητικό πέφτει στη περιοχή Α. Με τη μέθοδο αυτή μπορούμε να διαχωρίσουμε κασσιτερίτη (΅η μαγνητικό υλικό) από βολφραμίτη (μαγνητικό).

α3- Έκπλυση. Μέθοδος που χρησιμοποιείται προκειμένου να διαχωρισθούν μεταξύ τους στερεά συστατικά διαφορετικής πυκνότητας. Από το μίγμα διέρχεται ρεύμα νερού το οποίο παρασύρει σε μεγαλύτερο διάστημα τα ελαφρύτερα συστατικά, ενώ τα βαρύτερα αποτίθενται πιο γρήγορα. Η μέθοδος εφαρμόσθηκε από τους χρυσοθήρες για τον αποχωρισμό κόκκων χρυσού από την χρυσοφόρο χαλαζιακή άμμο.
α4- Τήξη. Αν κάποιο συστατικό του μίγματος έχει αρκετά χαμηλότερο σημείο τήξης από τα υπόλοιπα, τότε θερμαίνεται το μίγμα πάνω σε μεταλλικά πλέγματα. Μόλις η θερμοκρασία του μίγματος ξεπεράσει το Σ.Ζ. του πιο εύτηκτου συστατικού, αυτό λιώνει και ρέει μέσα από το πλέγμα. Η μέθοδος εφαρμόζεται για την παραλαβή του εύτηκτου θείου από τα θειοχώματα.
α5- Εκχύλιση. Η μέθοδος στηρίζεται στην εκλεκτική διάλυση κάποιου συστα­τικού του μίγματος σε ορισμένο διαλύτη. Η συνηθέστερη εφαρμογή της είναι το ψήσιμο καφέ ή τσαγιού. Τότε τα ευδιάλυτα στο νερό συστατικά, πχ του καφέ αποτελούν το διάλυμα που πίνουμε, ενώ τα υπόλοιπα που παραμένουν αδιάλυτα αποτελούν το "κατακάθι".

Β. Για να διαχωρίσουμε μίγμα υγρών.
β1- Κλασ΅ατική απόσταξη. Χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό υγρών που έχουν μεγάλη διαφορά στα σημεία βρασμού τους. Θερμαίνοντας το μίγμα, μόλις η θερμοκρασία του φθάσει τη θερμοκρασία βρασμού του πτητικότερου υγρού αυτό βράζει. Στη συνέχεια υγροποιείται στον ψυκτήρα και συλλέγεται. Εφαρμογή της μεθόδου έχουμε στην παρασκευή των αποσταζόμενων αλκοολούχων ποτών πχ ούζου, ρακής κλπ. ’λλη εφαρμογή της μεθόδου έχουμε στη διύλιση του αργού πετρελαίου, από το οποίο απομονώνουμε τα διάφορα διαλυμένα σ' αυτό συστατικά (Κλάσματα) εκμεταλλευόμενοι τις διαφορές που εμφανίζουν στα σημεία βρασμού τους.

β2- Διαχωρισμός ΅ε διαχωριστική χοάνη. Η μέθοδος χρησιμοποιείται για διαχωρισμό υγρών που δεν διαλύονται μεταξύ τους ή σε κάποιο άλλο διαλύτη, πχ μπορούμε ΅ε τη διαχωριστική χοάνη να διαχωρίσουμε λάδι από νερό. Ανοίγοντας την στρόφιγγα και αδειάζουμε την υδατική στιβάδα. Όταν η στιβάδα του λαδιού φθάσει στην έξοδο σταματάμε τη ροή. (Κάτι ανάλογο χρησιμοποίησαν παλιότερα οι αγροτικές οικογένειες όταν στο ίδιο δοχείο φυλάσσονταν το λάδι και το ξύδι. Προσπαθήστε να καταλάβετε πώς μπορούμε να βγάλουμε το λάδι ή το ξύδι κατά βούληση).

β3- Φυγοκέντρηση. Όταν σε κάποιο υγρό υπόστρωμα αιωρούνται σωματίδια διαφορετικού βάρους, τότε μπορεί να εφαρμοστεί ΅ε επιτυχία η μέθοδος της φυγοκέντρησης. Το μίγμα τίθεται σε δοχεία ή κυλίνδρους που περιστρέφονται ΅ε μεγάλη ταχύτητα, ΅ε αποτέλεσμα τα βαρύτερα σωματίδια να συλλέγονται περιφερειακά. Εφαρμογή της μεθόδου σε βιομηχανική κλίμακα έχουμε κατά την αφαίρεση του λίπους από το γάλα.

Γ. Για να διαχωρίσουμε στερεά από υγρά.
γ1- Διήθηση (Φιλτράρισμα). Από τις απλούστερες και πιο συνηθισμένες μεθόδους διαχωρισμού μιγμάτων. Χρησιμοποιείται για την απαλλαγή ενός υγρού από αιωρούμενα σ' αυτό στερεά σωματίδια. Ανάλογα ΅ε το μέγεθος των στερεών σωματιδίων χρησιμοποιείται και το κατάλληλο μέγεθος φίλτρου. Υπάρχουν πολλές βιομηχανικές εφαρμογές της μεθόδου μεταξύ των οποίων και στη διάυγαση των κρασιών. Κατά την εφαρμογή αυτή το θολωμένο κρασί εισάγεται σε τεράστιες φιλτροπρέσσες όπου συμπιεζόμενο αναγκάζεται να περάσει μέσα από τα φίλτρα και να απαλλαχθεί από τα αιωρούμενα συστατικά του.
γ2- Φυγοκέντρηση (Βλέπε β3)

Δ. Για να διαχωρίσουμε μίγμα αερίων.
δ1- Υγροποίηση του αερίου μίγματος. Χρησιμοποιείται για την παρασκευή οξυγόνου και αζώτου από τον αέρα. Ακολουθείται πορεία ανάλογη ΅ε αυτήν της κλασματικής απόσταξης. Ψύχουμε τον αέρα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες στις οποίες όλα τα βασικά συστατικά του είναι υγρά, εκτός από ένα που εξακολουθεί να είναι αέριο και έτσι απομακρύνεται. Το άζωτο έχει ΣΖ -196 ^οC και το οξυγόνο έχει ΣΖ -183 ^οC.
Τέλος άλλες μέθοδοι διαχωρισμού αερίων μιγμάτων είναι ΅ε εκχύλισή τους σε κατάλληλο διαλύτη, ή διάφορες χημικές μέθοδοι.