Mieszaniny chemiczne

Pojęcie mieszaniny

Mieszanina, to układ dwóch lub więcej pierwiastków lub związków chemicznych zmieszanych ze sobą w dowolnym stosunku, taki układ ma pewne właściwości, których nie ma żaden ze składników w stanie osobnym.
Mieszaniny pomiędzy sobą różnią się liczbą składników, zawartością ilościową składników, stopniem rozdrobnienia (jednorodność), stanem skupienia.
Rozróżnia się dwa rodzaje mieszanin:

mieszaniny jednorodne, homogeniczne (roztwory) np. stopy metali, solanka, cukier w wodzie, powietrze itp.), wzrokowe określenie składu mieszaniny jednorodnej jest zazwyczaj niemożliwe;
mieszaniny niejednorodne, heterogeniczne np. opiłki z piaskiem, zaprawa murarska; składniki mieszanin niejednorodnych można często określić bez pomocy aparatury analitycznej.

Sposoby rozdzielania mieszanin:

Rozdzielenie mieszanin stosuje się między innymi w celu uzyskania jednego lub kilku składników w stanie czystym. Do sposobów rozdzielenia mieszanin należy:

filtracja (sączenie) jest to metoda oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów, poprzez mechaniczne zatrzymanie jednego ciała stałego na filtrze;
ekstrakcja jest operacją służącą do rozdzielenia mieszanin ciał stałych i ciekłych, rozdział następuje przez rozpuszczenie niektórych składników mieszaniny w cieczach, zwanych rozpuszczalnikami
sedymentacja jest to proces opadania zawiesiny ciała stałego w cieczy w wyniku działania siły grawitacji lub sił bezwładności (np. siła odśrodkowa w wirówce), sedymentacji ulegają zawiesiny o gęstości większej niż gęstość cieczy
denaturacja jest to wydzielanie się gazu z roztworu nasyconego (np. na wskutek obniżenia ciśnienia lub wzrostu temperatury)
destylacja to rozdzielanie ciekłej mieszaniny związków chemicznych przez odparowanie, a następnie skroplenie jej składników
krystalizacja jest to proces powstawania fazy krystalicznej z fazy stałej (amorficznej), fazy ciekłej, roztworu lub fazy gazowej.
chromatografia jest to rozdzielenie substancji w wyniku przepuszczenia roztworu badanej mieszaniny przez specjalnie spreparowaną fazę rozdzielczą, zwaną fazą stacjonarną, fazą rozdzielczą są substancje wykazujące zdolności sorpcyjne lub zdolne do innych oddziaływań na substancje przepływające
elektroforeza jest to rozdzielenie mieszaniny związków chemicznych na możliwie jednorodne frakcje przez wymuszanie wędrówki ich cząsteczek w polu elektrycznym
sączenie (filtracja) jest to oddzielenie osadu od roztworu metoda przepuszczania mieszaniny roztworu z osadem przez porowata przegrodę (sączek będący filtrem)
adsorpcja jest to wykorzystanie procesu wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na powierzchni lub granicy faz fizycznych substancji
osmoza jest to dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu

Podział mieszanin

Układ homogeniczny

- jest to układ jednorodny, zawierający jedną fazę (substancje oraz roztwory w jednym stanie skupienia)

Układ heterogeniczny

- jest to układ wielofazowy niejednorodny, składający się dwóch lub więcej faz

Roztwór

- jest to mieszanina jednorodna (homogeniczny układ wieloskładnikowy), która może być w stanie stałym (stopy metali), ciekłym (woda utleniona) i gazowym (propan, butan instalacji gazowej gospodarstwa domowego)

Układ rozproszony (układ dyspersyjny)

- jest to mieszanina składająca się z fazy rozproszonej i fazy rozpraszającej, faza rozproszona to najczęściej cząstki o nieidentycznych rozmiarach, faza rozpraszająca to najczęściej zbiór drobin, cząsteczek. Na przykład piana jest układem dyspersyjnym, w którym fazą rozproszona jest gaz, a fazą rozpraszającą jest ciecz.
Mgła, to układ dyspersyjny, w którym fazą rozproszoną jest ciecz, a fazą rozpraszającą jest gaz.
Dym, to układ dyspersyjny, w którym faza rozproszoną jest ciało stałe, a fazą rozpraszającą jest gaz.

Stopień rozdrobnienia

Stopień rozdrobnienia (dyspersji), jest to wielkość określająca rozmiary cząstek fazy rozproszonej. Stopień rozdrobnienia dzieli się na:

rozdrobnienie drobinowe- substancja rozpuszczona jest rozdrobniona do pojedynczych drobin (atomów, cząsteczek, jonów)
rozdrobnienie koloidalne- substancja, której rozmiary cząstek są w granicach od 1000 pm do 500 000 pm
rozdrobnienie gruboziarniste- substancja, której rozmiary cząstek są większe niż 500 000 pm

Koloid

- mieszanina niejednorodna o rozdrobnieniu koloidalnym, mieszaniny tej nie da się rozdzielić przez sączenie

Zawiesina

- mieszanina niejednorodna o rozdrobnieniu gruboziarnistym

Rozpuszczanie

Rozpuszczanie, to proces mieszania się dwóch substancji, który prowadzi do otrzymania roztworu. Rozpuszczanie zależy od:

rodzaju substancji rozpuszczonej
rodzaju rozpuszczalnika
temperatury, dla cieczy i ciała stały wzrost temperatury przyspiesza rozpuszczanie, dal gazów jest odwrotnie
ciśnienia w przypadku gazów, większe ciśnienie przyspiesza proces rozpuszczania

Rozpuszczanie cieczy w cieczy

Rozpuszczanie cieczy w cieczy, przy mieszaniu cieczy o dużej różnicy gęstości należy wlewać ciecz o większej gęstości do cieczy o mniejszej gęstości (np. wlewamy kwas do wody). Ta kolejność pozwala uzyskać szybsze i równomierne mieszanie się cieczy.

Rozpuszczanie gazu w cieczy

Gazy wprowadzamy do cieczy przez rurkę, której drugą końcówkę zanurzamy w cieczy przy gazie trudno rozpuszczalnym; dla gazu łatwo rozpuszczalnego koniec rurki umieszczamy nad powierzchnia swoboda cieczy. W obu przypadkach układ aparatura musi mieć wylot służący do odprowadzenia nadmiaru gazu.

Rozpuszczanie ciała stałego w cieczy

W tym przypadku kolejność wprowadzania składników do naczynia może być dowolna. Rozpuszczanie ciała stałego w cieczy możemy przyśpieszyć przez: rozdrobnienie, mieszanie i ogrzewanie.

Roztwór nasycony i nienasycony

Roztwór nasycony, to roztwór, którego stężenie nie ulega zmianie po wprowadzeniu kryształu substancji rozpuszczanej
Roztwór nienasycony, to roztwór, w którym można rozpuścić więcej substancji niż do tej pory jest w niej rozpuszczone.

Właściwości mieszanin

Właściwości mieszanin są inne niż czystych składników substancji je tworzących. Właściwości te zależą od dwóch czynników: składu ilościowego (proporcji składników) oraz składu jakościowego (rodzaj składników).

Efekt ebulioskopowy

Efekt ebulioskopowy, jest to zjawisko polegające na tym, że roztwór ma wyższą temperaturę wrzenia niż czysty rozpuszczalnik

Efekt krioskopowy

Efekt krioskopowy, jest to zjawisko polegające na tym, że roztwór ma niższą temperaturę krzepnięcia niż czysty rozpuszczalnik

Efekt Tyndala

Efekt Tyndala, jest to rozpraszanie światła przez cząstki koloidalne (roztwór koloidalny jest nieprzeźroczysty), równoległa wiązka światła ugina i w roztworze przyjmuje kształt stożka

Koagulacja

Koagulacja, to proces polegający na łączeniu się cząstek fazy rozpuszczonej koloidu w większe agregaty tworzące fazę ciągłą o nieregularnej strukturze. Produktem koagulacji jest żel (koagulat miękki i elastyczny) lub zol (koloid, w którym faza rozpraszającą jest ciecz).