- Els principals mètodes de separació de mescles
- - Evaporació
- - Destil·lació
- Destil·lació de l'aire
- - Cromatografia
- - Cristal·lització fraccionada
- referències
Els mètodes de separació de mescles homogènies són tots aquells que, sense fer ús de reaccions químiques, permeten obtenir els components o soluts que integren una mateixa fase; és a dir, d'un líquid, sòlid o gas.
Tals mescles homogènies consisteixen de solucions, en les quals les partícules de solut són massa petites per poder distingir-a simple vista. Són tan petites, que no existeixen filtres prou estrets o selectius per retenir-les mentre la solució dels traspassa. Tampoc ajuda per a la seva separació tècniques com la centrifugació o la magnetització.
Exemple il·lustratiu de com les mescles homogènies poden anar separant per etapes. Font: Gabriel Bolívar.
A dalt es mostra un exemple de com les solucions van separant-se en els seus components. La barreja inicial (marró), se separa en dos components, igual de homogenis (ataronjat i morat). Finalment, de les dues mescles resultants s'obté el solvent (blanc) i els quatre respectius parells de soluts (vermell-groc i vermell-blau).
Entre els mètodes o tècniques de separació de solucions tenim l'evaporació, destil·lació, cromatografia i cristal·lització fraccionada. Depenent de la complexitat de la barreja, és probable que s'hagi d'utilitzar més d'un d'aquests mètodes fins a trencar amb l'homogeneïtat.
Els principals mètodes de separació de mescles
- Evaporació
L'evaporació és el mètode més simple per separar mescles homogènies d'un únic solut.
Les mescles homogènies més simples són les solucions on s'han dissolt un sol solut. Per exemple, a la imatge superior es té una solució acolorida causa de l'absorció i reflexió de la llum visible amb les partícules del seu solut.
Si s'ha agitat bé durant la seva preparació, no hi haurà regions més clara o fosques que altres; totes són iguals, uniformes. Aquestes partícules acolorides no poden separar-se de l'solvent per cap mètode mecànic, per la qual cosa necessitarà d'energia en forma de calor (triangle vermell) per a aconseguir-ho.
Així, la solució acolorida s'escalfa a cel obert per accelerar i permetre l'evaporació de l'solvent fora del seu recipient. A mesura que això succeeix, el volum que separa les partícules de solut disminueix i, per tant, les seves interaccions augmenten i acaben lentament sedimentant.
El resultat final és que el solut colorit roman en el fons de l'recipient i el solvent s'ha evaporat del tot.
L'inconvenient amb l'evaporació és que, més que separar soluts, el seu objectiu és el d'eliminar el solvent escalfant fins al seu punt d'ebullició. El sòlid romanent pot estar compost per més d'un solut i es requereix per tant d'altres mètodes de separació per definir-lo en els seus components aïllats.
- Destil·lació
destil·lació
La destil·lació és potser el mètode de separació de solucions o barreges homogènies més utilitzat. El seu ús s'estén a sals o metalls fosos, gasos condensats, barreges de solvents, o extractes orgànics. El solut és en la majoria de les vegades un líquid, el punt d'ebullició difereix en diversos graus respecte a el del solvent.
Quan la diferència entre aquests punts d'ebullició és alta (major de 70 ºC), es recorre a la destil·lació simple; i si no, llavors es realitza una destil·lació fraccionada. Les dues destil·lacions posseeixen múltiples muntatges o dissenys, així com una metodologia diferent per a mescles de diferent naturalesa química (volàtils, reactives, polars, apolars, etc.).
En la destil·lació tant el solvent com els soluts es conserven, i aquesta és una de les seves principals diferències respecte a l'evaporació.
No obstant això, la rotaevaporación combina aquests dos aspectes: una barreja líquid-sòlid o líquid-líquid, com la d'un oli dissolt i miscible, s'escalfen fins a eliminar el solvent, però aquest es recol·lecta en un altre recipient mentre el sòlid o l'oli romanen en el recipient inicial.
Destil·lació de l'aire
L'aire condensat se sotmet a destil·lació fraccionada criogènica per separar l'oxigen, nitrogen, argó, neó, etc. L'aire, una barreja gasosa homogènia, es transforma en un líquid on el nitrogen, per ser el component majoritari, actua en teoria com a solvent; i els altres gasos, condensats també, com soluts líquids.
- Cromatografia
La cromatografia, a diferència de les altres tècniques, no pot brindar rendiments ni remotament semblants; és a dir, no és útil per processar tota una barreja, sinó una fracció insignificant de la mateixa. No obstant això, la informació que proveeix és analíticament valuosíssima, doncs identifica i classifica les barreges amb base a la seva composició.
Cromatografia de paper o de capa fina. Font: Gabriel Bolívar.
Existeixen diferents tipus de cromatografies, però la més simple, la qual s'explica a les escoles o cursos preuniversitaris, és la de el paper, el principi és el mateix que el desenvolupat sobre una capa fina d'un material absorbent (comunament sílica gel).
A la imatge superior es mostra que en un Beaker, ple d'aigua o un solvent determinat, es col·loca un paper a què se li ha marcat una línia de referència amb gotes o punts de tres pigments seleccionats (ataronjat, morat i verd). El Beaker es manté tancat perquè la pressió sigui constant i es saturi dels vapors de l'solvent.
Llavors, el líquid comença a ascendir pel paper i arrossega els pigments. Les interaccions pigment-paper no són totes iguals: algunes són més forts, i altres més febles. Com més afinitat senti el pigment pel paper, menys ascendirà a través del paper respecte a la línia que es va marcar inicialment.
Per exemple: el pigment vermell és el que sent menys afinitat pel solvent, mentre que el groc tot just va ascendir a causa de que el paper el reté més. Es diu llavors que el solvent és la fase mòbil, i el paper la fase estacionària.
- Cristal·lització fraccionada
Exemple il·lustratiu de cristal·lització fraccionada. Font: Gabriel Bolívar.
I per finalitzar es té la cristal·lització fraccionada. Estigui mètode podria potser catalogar-se com un híbrid, ja que es parteix d'una barreja homogènia per acabar amb una heterogènia. Per exemple, suposem que es té una dissolució en la qual s'ha dissolt un sòlid de color verd (imatge superior).
Les partícules verdes són massa petites per separar-manual o mecànicament. Es troba a més que el sòlid verd és una barreja de dos components i no un únic compost d'aquest color.
Llavors, s'escalfa una dissolució d'ell mateix i se li deixa en repòs mentre va refredant. Resulta que els dos components, encara que molt afins entre si, els seus solubilitats en determinat solvent són lleugerament diferents; per tant, un dels dos començarà a cristal·litzar primer i després l'altre.
El component verd-blavós (al mig de la imatge) és el primer a cristal·litzar, mentre el component groc segueix dissolt. A l'haver cristalls verds-blaus, aquests es filtren en calent abans que apareguin els vidres grocs. Després, a mesura que el solvent es refreda una mica més, el component groc cristal·litza i es fa una altra filtració.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Chelsea Schuyler. (2019). Chromatography, distillation and Filtration: Methods of Separating mixtures. Study. Recuperat de: study.com
- CK-12 Foundation. (16 d'octubre de al 2019). Methods for Separating mixtures. Chemistry LibreTexts. Recuperat de: chem.libretexts.org
- Good Science. (2019). Separation of mixtures. Recuperat de: goodscience.com.au
- Clark Jim. (2007). Thin layer chromatography. Recuperat de: chemguide.co.uk