مخلوط و جداسازی مواد

ماده خالص

به ماده ای که همه ی ذره های سازنده ی آن ، یکسان هستند ، ماده ی خالص گفته می شود ؛ به عبارتی به موادی که فقط از یک نوع ماده تشکیل شده اند ، ماده ی خالص گفته می شود ، مانند نقره (Ag) ، که یک عنصر اتمی است و از اتم های یکسان نقره تشکیل شده است یا اکسیژن، که یک عنصر مولکولی است و از مولکول های یکسان اکسیژن ، تشکیل شده است یا کربن دی اکسید، که یک ترکیب است و از مولکول های یکسان کربن دی اکسید تشکیل شده است

عنصر

عنصر به ماده ای گفته می شود که تنها از یک نوع اتم تشکیل شده است ، مانند ، گوگرد (S)، طلا(Au) ، هلیم (He) ، نیتروژن.

به آهن ، طلا و هلیم ، عنصر اتمی و به نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن، عنصر مولکولی گفته می شود .
تا امروز حدود 118 عنصر متفاوت را شناسایی شئه است، که از بین این تعداد، فقط حدود 90 عنصر در طبیعت یافت می شوند و عنصرهای دیگر، به طور مصنوعی در آزمایشگاه ساخته شده اند.
از میان این فلزها، بیشتر طلا، نقره و پلاتین و گاهی مس در طبیعت به صورت عنصر یافت می شوند . مابقی فلزها در طبیعت به صورت ترکیب های معدنی یافت می شوند؛ مانند آهن که به صورت ترکیب معدنی آهن اکسید در طبیعت یافت می شود.

ترکیب

ترکیب به ماده ی خالصی گفته می شود که ذره های سازنده ی آن ، از اتصال دو یا چند اتم متفاوت ساخته شده اند .

به عنوان مثال ، آهن اکسید ، شکر ، نمک ، جوش شیرین ، الکل ، سرکه ، و سولفوریک اسید ، ماده ی خالص اند ، و ذره های سازنده ی آن ها ، یکسان هستند . همچنین ، همۀ آنها از دو یا چند اتم ، مختلف ساخته شده اند .

گچ ترکیبی از کلسیم (Ca) ، گوگرد (S)، و اکسیژن است که فرمول شیمیایی () آن است.
الکل اتانول ، ترکیبی از کربن (C) ، هیدروژن (H) و اکسیژن (O) است که فرمول شیمیایی آن است
هر فرمول شیمیایی ، نوع اتم ها و تعداد آنها را در هر ترکیب ، مشخص می کند

ماده ی ناخالص یا مخلوط

مخلوط به ماده ای گفته می شود که ذرات سازنده ی غیر یکسان تشکیل شده است ؛ به عبارتی ، مخلوط از آمیخته شدن دو یا چند ماده ی خالص به وجود می آید . مانند : چوب ، آب میوه ، آب قند ، خون ، آلیاژها ، موزاییک ، سفال و …

جدول ویژگی های مخلوط و ترکیب

ویژگی مخلوط هاویژگی ترکیب ها
1 - مواد تشکیل دهنده ی مخلوط ویژگی های قبلی خود را حفظ می کنند 1 - مواد پس از ترکیب دیگر ویژگی های قبلی خود را ندارند
2 - اجزای یک مخلوط را می توان به روش های فیزیکی از یکدیگر جدا نمود2 - برای جداسازی و تجزیه ترکیب به اجزای تشکیل دهنده، باید از الکتریسیته یا حرارت یا عوامل شیمیایی استفاده نمود
3 - در مخلوط مقدار هر جزء یا ماده را می توان به اندازه ی مورد نیاز تعیین نمود یا تغییر داد 3 - اجزای تشکیل دهنده فقط با نسبت جرمی معینی با یکدیگر ترکیب می شوند
4 - نقطه ی ذوب و جوش یک مخلوط ، ثابت و معین نیست4 - نقطه ی ذوی و جوش یک ترکیب ثابت و معین است
5 - در هنگام تهیه ی مخلوط ، معمولاً انرژی قابل ملاحظه ای دریافت یا آزاد نمی‌شود 5 - فرآیند ترکیب شدن مواد ، با آزاد شدن یا دریافت انرژی همراه است

برای درک نسبت معین در ترکیب، به مثال زیر توجه کنید:

ترکیب هیدروژن با اکسیژن فقط بانسبت جرمی 2 به 16 یا 1 به 8  انجام پذیر است ؛ یعنی به ازای هر 2  هیدروژن 16 گرم اکسیژن نیاز است تا ترکیب آنها 18 گرم آب به دست آید .

 گرم آب18→2 گرم هیدروژن + 16 گرم اکسیژن

انواع مخلوط

1) مخلوط همگن (محلول)
2) مخلوط ناهمگن

1) مخلوط همگن (محلول):

به مخلوطی گفته می شود که اجزای سازنده ی آن ، به صورت یکنواخت در مخلوط پراکنده و به آسانی قابل تشخیص از یکدیگر باشند .

ویژگی محلول ها :

1) شفاف اند و ذره های سازنده ی آنها با چشم دیده نمی شود
2) مسیر عبور نور ، از میان آنها قابل دیدن نیست .
3) ذره های سازنده ی آن ، با گذشت زمان ته نشین نمی شوند .
4) ذره های سازنده ی آنها از صافی عبور می کنند .
5) ذره های حل شونده به صورت یکنواخت ، در بین ذره های حلال ، پخش شده اند و خواص محلول از یک نقطه به نقطه ی دیگر ، تفاوتی ندارد .

اجزای محلول :

محلول یک مخلوط همگن است و مانند هر مخلوط دیگری حداقل از دو جزء سازنده تشکیل شده می¬شود: 1)حلال 2) حل شونده. حلال ماده ای است که حل شونده را در خود حل می کند .

محلول ها به سه حالت یافت می شوند :

1) محلول جامد ، مانند : آلیاژ فولاد – سکه طلا
2) محلول مایع ، مانند ، آب قند
3) محلول گازی ، مانند : هوا

ماده ی حل شونده نیز می تواند جامد ، مایع یا گاز باشد .

راه های تشخیص حلال و حل شونده :

1) ماده ای که در حال تشکیل محلول ، تغییر حالت دهد ، حل شونده است ، مانند : قند که بر اثر حل شدن در آب از حالت جامد به حالت مایع (محلول)، تبدیل می شود . در محلول آب قند ، آب حلال و قند حل شونده است

2) در صورتی که هیچ یک از دو ماه تغییر حالت ندهد ، ماده ای که به مقدار کمتر موجود است ، حل شونده در نظر گفته می شود و ماده ی بیشتر ، حلال خواهد بود . مانند : ریختن استیک اسید در آب ، که هر دو ماده قبل و بعد از مخلوط شدن ، مایع هستند و تغییر حالت نمی دهند . در این محلول ، آب حلال و استیک اسید ، حل شونده است .

محلول آبی :

به محلول هایی که حلال آنها آب است ، محلول آبی گفته می شود ، مانند : محلول آب قند ، سرکه ، الکل طبی یا صنعتی

محلول غیر آبی:

به محلول حاصل از حلال های آلی ، محلول غیر آبی گفته می شود . حلال های آبی مانند : استون ، اتانول و هگزان (تینر)، از اهمیت زیادی در زندگی روزانه و صنعتب رخوردارند .

اتانول پس از آب مهمترین حلالا صنعتی است .

الکترولیت :

به موادی که در حالت مذاب یا محلول ، جریان الکتریسیته را از خود عبور می دهند ، الکترولیت گفته می شود . مانند : نمک طعام ( )، که در حالت مذاب یا هنگامی که در آب حل می شود ، جریان الکتریسیته را از خود عبور می دهد . محلول کلریدریک اسید ( ) و سود سوزآور ( ) نیز درآب ، الکترولیت اند .

غیر الکترولیت :

به موادی که به صورت محلول یا حالت مذاب ، نمی توانند الکتریسیته را از خود عبور دهند ، غیر الکترولیت گفته می شود . مانند : الکل ( ) یا قند ( ) که حتی به صورت محلول در آب نمی توانند الکتریسیته را از خود عبور دهند .

مخلوط ناهمگن :

به مخلوطی گفته می شود که اجزای سازنده ی آن ، به صورت یکنواخت در مخلوط پرانده نشده و قابل تشخیص از یکدیگرند.

انواع مخلوط :

مخلوط جامد در جامد : آجیل، سالاد
مخلوط جامد در مایع : آب و براده آهن ، تفاله های معلق چای درون آب
مخلوط مایع در مایع : آب و روغن ،

سوسپانسیون (تعلیقه):

تعلیقه مخلوطی ناهمگن است که در آن ذرات جامد به صورت معلق در مایع (مثلاً آب) پراکنده‌اند. مانند : آب لیمو ، شربت معده ، شربت آنتی بیوتیک و شربت خاک شیر.
سوسپانسیون مخلوط ناهمگن جامد در مایع است که ذره های جامد معلّق در آن ، بعد از مدتی ته نشین می¬شوند (به دو فاز تبدیل می شود) .

ناخالصی :

به مواد همراه یک ماده که باعث کاهش خلوص آن ماده می شوند ، ناخالصی گفته می شود . حتی وجود مقدار ناچیز از ناخالصی ها باعث تشکیل مخلوط می شود. هر چه ناخالصی های یک ماده کمتر باشد ، آن ماده را خالص تر می گویند .
اما در مواردی ، وجود ناخالصی¬ها باعث تشکیل آلیاژ و بهبود ویژگی های برخی فلزها مانند طلا می شود. از آنجایی که طلای خالص ، بسیار نرم و شکل پذیر است ، برای افزایش استحکام آن ، لازم است تا مقداری نقره و مس (ناخالصی) به آن افزوه شود .

کلوئید ها :

مخلوط های ناهمگن که برخلاف محلول ها ، ظاهری کدر یا مات دارند و ذره های سازنده ی آنها به اندازه ی کافی درشت اند که بتوانند نور مرئی را پراکنده کنند .
شیر ، رنگ های پوششی ، سُس مایونز ، کف ، مه ، مواد آرایشی ، یاقوت و فیروزه ، افشانه ها (اسپری¬ها) و برچسب ها ، نمونه ای کلوئید ها هستند .

ویژگی کلوئید ها :

1) ظاهر کدر یا مات دارند (برخلاف محلول ها)
2) مسیر عبور نور از میان کلوئید ها ، قابل دیدن است (برخلاف محلول ها)
3) ذره های تشکیل دهنده ی کلوئیدها با گذشت زمان ته نشین نمی شوند (مانند محلول ها)
4) ذره های سازنده ی کلوئید ها را نمی توان با عبور از صافی ، جدا کرد (مانند محلول ها)
5) ذره های کلوئیدی بار الکتریکی دارند

به کلوئید مایع در مایع ، مخلوط امولوسیون گفته می شود . مانند : شیر ، کره ، سُس مایونز .

انحلال پذیری مواد جامد در آب :

انحلال پذیری عبارت است از بیشترین مقدار ماده ای که می تواند در یک دمای معین ، در 100 گرم آب حل شود . به قابلیت حل شدن مواد در آب انحلال¬پذیری در آب گفته می شود .

انحلال پذیری نمک طعام (سدیم کلرید) در دمای C°20 ، به اندازه ی 38 گرم در 100 گرم آب است ؛ یعنی در دمای حداکثر می توان نمک طعام در آب حل کرد.

محلول سیرشده :

محلول سیر شده (اشباع شده) محلولی است که نمی تواند حل شونده ی بیشتری را در خود حل کند .

عامل های مؤثر بر میزان انحلال پذیری:

جنس و نوع حل شونده و حلال:
میزان انحلال پذیری مواد مختلف با یکدیگر تفاوت دارد و به ماهیت آنها (جنس و نوع آنها) بستگی دارد . به عنوان مثال : در دمای ، انحلال پذیری پتاسیم نیترات ( ) در آب ، حدوداً 3 برابر انحلال پذیری نمک در آب است (تفاوت در نوع حل شونده)

دما:
در بسیاری از محلول ها با افزایش دمای محلول ، انحلال پذیری ماده جامد (حل شونده) نیز افزایش می یابد .

انحلال پذیری گازها درآب :

ماهی ها از اکسیژن حل شده در آب دریاها و رودها استفاده می کنند . بسیاری از جانداران آبزی نیز به این دلیل زنده اند که آب می تواند اکسیژن و گازهای دیگر را در خود حل کند . حل کردن کربن دی اکسید در آب نوشابه ، علاوه بر ایجاد مزه ی تند و لذت بخش ، از رشد باکتری ها و کپک ها در نوشابه جلوگیری می کند .

عوامل مؤثر در انحلال گاز ها در آب :

نوع گاز :
دما : دما و انحلال پذیری گازها ، با یکدیگر رابطه ی عکس دارند ؛ یعنی با افزایش دما ، انحلال پذیری گازها کاهش می یابد . مانند : نوشابه ی گرم که گاز کمتری را در خود نگه می دارد .
فشار :در دمای ثابت ، میزان انحلال پذیری گازها در آب ، با فشار رابطه ی مستقیم دارد ؛ به طوری¬که با افزایش فشارگاز ، مقدار گاز حل شده نیز افزایش می یابد و برعکس . مثلا : با باز شدن درب بطری نوشابه ، مقداری گاز کربن دی اکسید که تحت فشار زیاد ، در نوشابه حل شده است ، به سرعت از محلول خارج می شود .
تکان دادن و هم زدن : تکان دادن محلول گازی ، باع خروج و آزاد شدن گاز از محلول می شود .

عوام مؤثر در سرعت حل شدن جامدات :

1) دما : با افزایش دما ، سرعت ذره های حلال و حل شونده افزایش می یابد و باعث افزایش برخورد بین ذره های حلال و حل شونده می شود
2) سطح تماس : با افزایش سطح تماس حلال و حل شونده تعداد برخورد بین ذره های آنها و سرعت حل شدن حل شونده ، افزایش می یابد .
3) هم زدن : هم زدن باعث افزایش برخورد ها بین ذره های حلال و حل شونده می گردد و سرعت حل شدن حل شونده را افزایش می دهد .
4) مقدار حل شونده در محلول : هرچه مقدار حل شونده در محلول کمتر باشد ، سرعت حل شدن حل شونده در آن بیشتر می شود .

جداسازی اجزای سازنده ی مخلوط ها :

جداسازی مخلوط های همگن ، (محلول ها):

1) تبلور :
در این روش ابتدا جامد ناخالص را در یک حلال گرم ، حل کرده و پس از سرد کردن ، محلول آن را صاف می کنند ، در چنین شرایطی ، ناخالصی ها در فاز مایع (محلول) باقی می ماند و ترکیب خالص ، به شکل بلور در می¬آید و قابل جداکردن است .
2) تبخیر:
با تبخیر حلال (مثل آب) ماده ی حل شونده به شکل جامد در ظرف باقی می¬ماند ؛ برای تهیه ی نمک از آب دریاچه ها و دریا، همچنین برای جداسازی مس سولفات از محلول مس سولفات ، می توان از روش تبخیر استفاده کرد .
3) تقطیر:
به مجموع عمل تبخیر و میعان متوالی ، تقطیر گفته می شود . تقطیر یک فرآیند فیزیکی است برای جداسازی مواد با دمای جوش متفاوت
برای جدا کردن چند مایع با دمای جوش متفاوت ، از روش تقطیر جزء به جزء استفاده می شود . به عنوان مثال برای جداکردن ترکیب های آلی فرار (مانند استون و الکل) از مواد غیر فرار (مانند آب یا نفت) از فرآیند تقطیر جزء به جزء استفاده می کنند .
4) کروماتوگرافی :

جداسازی مخلوط های ناهمگن :

1) صاف کردن (براساس تفاوت در اندازه ذره ها)
2) بوجاری کردن (بر اساس تفاوت در وزن ذره ها)
3) سر ریز کردن (بر اساس تفاوت در چگالی)
4) شناور سازی (بر اساس تفاوت در چگالی دو جامد نسبت به یک مایع)
5) نیروی گریز از مرکز (بر اساس تفاوت در چگالی ماده ها)
6) جدا سازی مغناطیسی (بر اساس مغناطیسی یا غیر مغناطیسی بودن مواد)
7) جداسازی به روش الکترو استاتیک (بر اساس بار الکتریکی ذره ها)
8) اختلاف حلالیت

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید

keyboard_arrow_up