Podjela tvari i postupci odjeljivanja smjesa

Podjela tvari

Tvari dijelimo u dvije glavne skupine: čiste tvari i smjese tvari.

Čiste tvari mogu se podijeliti na elementarne tvari i kemijske spojeve. One su homogene, dakle određenog i stalnog kemijskog sastava i stalnih svojstava.

Elementarne tvari su tvari koje se ne mogu nikakvim kemijskim postupcima rastaviti na jednostavnije. Elementarne tvari građene su od istovrsnih atoma i od molekula istovrsnih atoma koje mogu biti dvoatomne ili višeatomne kao npr. H₂, O₂, P₄, S₈.

Kemijski spojevi mogu se kemijskim postupcima rastaviti na jednostavnije (elementarne tvari).

Smjesa je sustav koji se sastoji od dviju ili više tvari koje međusobno kemijski ne reagiraju gdje svaka tvar u smjesi zadržava svoja fizikalna i kemijska svojstva. Razlikujemo dvije vrste smjesa, to su homogene i heterogene smjese.

Homogene smjese su smjese dviju ili više tvari, a sastav im je isti u svakom dijelu. Prema tome u homogenim smjesama ne možemo okom, povećalom ili mikroskopom razlučiti komponente od kojih se smjesa sastoji. Primjeri takvih smjesa su vodene otopine (NaCl u vodi), legure, smjese plinova (zrak) i sl.

Heterogene smjese su smjese dviju ili više tvari koje nemaju stalni sastav (pr. smjesa pijeska i vode, asfalt..)

Postupci odjeljivanja smjesa

Smjese tvari možemo rastaviti na komponente od kojih se sastoje, a odabir metode ovisi o sastavu smjese i fizikalnim svojstvima pojedinih sastojaka.

Postupci za odvajanje sastojaka homogenih smjesa

Destilacija je postupak odjeljivanja tekućina od otopljenih čvrstih tvari. Prilikom zagrijavanja smjese, dolazi do isparavanja otapala, pare otapala odvode se u hladilo gdje dolazi do njihove kondenzacije u tekućinu koju nazivamo destilat, a otopljena tvar zaostaje u tikvici.
Frakcijska destilacija je vrsta destilacije koja se koristi za postupno odjeljivanje tekućina bliskog vrelišta.
Destilacija se može provesti primjerice na vodenoj otopini modre galice. Zagrijavanjem otopine, voda će ispariti, a prolaskom kroz hladilo ponovno kondenzirati (pretvoriti se u kapljice), a kristali modre galice zaostat će u početnoj tikvici.

Ekstrakcija je postupak izdvajanja tvari iz homogenih smjesa na temelju njihove različite topljivosti u dva otapala koja se međusobno ne miješaju. Postupak se provodi u lijevku za odjeljivanje.

Postupak ekstrakcije može se opisati u nekoliko koraka:

1. dobro pomiješaju se otopina iz koje želimo ekstrahirati određenu tvar i otapalo u kojem je ta tvar bolje topljivija,
2. kako se ta dva otapala međusobno ne miješaju, nakon nekog vremena mirovanja slojevi će se razdijeliti,
3. donji sloj ima veću gustoću od gornjeg sloja te ga je moguće prvog ispustiti kroz lijevak u Erlenmeyerovu tikvicu,
4. potom se ispusti i gornji sloj.

Ekstrakciju možemo objasniti na primjeru joda. Jod je nepolaran, stoga je slabo topljiv u vodi, a dobro topljiv u organskim otapalima kao što je kloroform. Voda i kloroform su otapala koja se međusobno ne miješaju. Ako u vodenu otopinu joda (otopina je smeđe-žute boje), jod će nakon mućkanja smjese zbog bolje topljivosti prijeći u kloroform (otopina će postati ljubičasta). Ekstrakcija će biti bolja s većim brojem ponavljanja postupka s manjom količinom otapala.

Kromatografija je postupak odjeljivanja čistih tvari iz homogene smjese gdje se sastojci smjese raspoređuju između dviju faza, od kojih je jedna nepokretna, a druga pokretna.

Nepokretna faza može biti čvrsta, kapljevita ili u obliku gela. Pokretna je faza fluid koji prolazi kroz ili uzduž nepokretne faze, a može biti kapljevina (tekućinska kromatografija) ili plin (plinska kromatografija).

U laboratoriju se kromatografija vrlo često koristi za praćenje napretka reakcije. Ta tehnika odvija se u kromatografskoj ćeliji pri čemu se uzorak, koji razdvajamo, nanosi na čvrstuj nepokretnu fazu, a pokretna faza je tekućina.

1. Kapljica smjese nanese se na čvrstu nepokretnu fazu te se takva nepokretna faza stavi u kromatografsku ćeliju u kojoj se nalazi tekuća pokretna faza,
2. pokretna faza počinje putovati po nepokretnoj fazi, pri čemu sa sobom nosi i sastojke smjese,
3. zbog toga što određeni sastojci smjese su više ili manje topljiviji u pokretnoj fazi, sastojci će putovati brže ili sporije po nepokretnoj fazi i samim time će se na njoj razdvajati.

Postupci za odvajanje sastojaka heterogenih smjesa

Odvajanje magnetom – ovim načinom odvajaju se sastojci smjese u kojoj barem jedna komponenta ima magnetična svojstva.

Ovu metodu možemo primjeniti na smjesi željeza i sumpora. Budući da željezo ima magnetična svojstva, magnet će ga privući, dok će sumpor zaostati u posudi.

Filtracija je metoda odjeljivanja čvrste tvari od tekućine s pomoću filtarskog papira. Tvar koja zaostaje na filtarskom papiru zove se talog, a kroz papir prolazi tekućina koja se naziva filtrat. Ova metoda temelji se na različitoj veličini čestica. Na taj način veće čestice čvrste tvari zaostaju na papiru, a sitne čestice tekućine prolaze kroz pore papira.

Sedimentacija je postupak kojim se odjeljuje smjesa tekućine i krute tvaru tako da se teža tvar slegne na dno. Uz sedimentaciju je usko vezan postupak dekantiranja. Dekantiranje je odlijevanje tekućine iznad taloga.

Na taj način može se odvojiti smjesa vode i pijeska, gdje se pijesak (koji je puno teži i ne pluta) sedimentira na dno, a voda se dekantiranjem odlije.

Sublimacija je postupak odjeljivanja tvari gdje jedna od komponenti prelazi iz krute faze u plinovitu. Uz sublimaciju veže se i kristalizacija gdje sublimirana tvar ponovno hlađenjem prelazi u kruto stanje. Primjer je smjesa kuhinjske soli i joda, gdje će prilikom zagrijavanje smjese jod sublimirati, a njegove pare će ponovnim hlađenjem kristalizirati.