Mescles Químiques: Tipus, Tècniques de Separació i Propietats

Classes de Mescles i Tècniques de Separació

Tipus de Mescles

Mescles Homogènies

La mida de les partícules s'aproxima a 0,001 µm. No sedimenten i travessen tots els filtres. Les solucions són mescles homogènies a nivell molecular de dues o més substàncies.

Mescles Heterogènies

La mida de les partícules és superior a 0,001 µm.

Tipus de Mescles Heterogènies:

• Col·loides: Tenen una mida entre 0,1 µm i 0,001 µm. No sedimenten, travessen filtres ordinaris però no membranes semipermeables, i no sempre són visibles a simple vista (poden dispersar la llum - efecte Tyndall).
• Suspensions: Tenen una mida entre 10 µm i 0,1 µm. Són substàncies sòlides disperses en un fluid. Sedimenten amb el temps i es poden separar per filtres ordinaris.
• Emulsions: Mida superior a 0,001 µm. Formades per líquids immiscibles (p. ex., oli i aigua). Amb el temps, se solen separar en fases diferenciades.

Tècniques de Separació de Mescles

Centrifugació

Separa components de diferent densitat en una mescla heterogènia sotmetent les partícules a una força centrífuga accelerada. S'utilitza sovint com a pas previ a una filtració o decantació per accelerar la sedimentació.

Embut de Decantació

Instrument utilitzat per separar dues o més fases líquides immiscibles (que no es barregen) mitjançant la tècnica de la decantació.

Garbell o Filtre

Material porós que permet el pas de partícules fins a una determinada mida i reté les més grans. S'utilitza en la filtració.

Decantació

Separa dos líquids immiscibles o un sòlid insoluble d'un líquid aprofitant la diferència de densitats. Procediments:

• Si una fase és líquida i l'altra és sòlida sedimentada, s'inclina el recipient amb cura per abocar el líquid sobrenedant.
• Si existeix una fase sòlida flotant, es pot recollir amb una espàtula o similar.
• Si les dues fases són líquides i immiscibles, s'utilitza un embut de decantació.

Filtració

Separa un sòlid insoluble d'un líquid en el qual no està dissolt, basant-se en la diferència de mida de les partícules. Es fa passar la mescla a través d'un filtre (p. ex., paper de filtre), els porus del qual deixen passar el líquid (filtrat) però retenen el sòlid. Els col·loides requereixen filtres amb porus més fins (ultrafiltració).

Cristal·lització

Separa un sòlid dissolt en un líquid. Es basa en la diferència de solubilitat (sovint amb la temperatura) o per evaporació del dissolvent. En refredar una solució saturada calenta o en evaporar el dissolvent lentament, el sòlid dissolt forma cristalls purs.

Destil·lació

Separa components d'una mescla líquida (o un sòlid dissolt en un líquid) aprofitant la diferència en els seus punts d'ebullició. S'escalfa la mescla; el component més volàtil (amb menor punt d'ebullició) s'evapora primer, es condensa en refredar-se i es recull separadament. Permet purificar l'aigua o separar líquids miscibles (com alcohol i aigua).

Extracció amb Dissolvents

Separa un component d'una mescla (sòlida o líquida) dissolent-lo selectivament en un dissolvent adequat. Es basa en la diferent solubilitat dels components en aquest dissolvent. S'afegeix el dissolvent a la mescla, s'agita, i el component desitjat passa al dissolvent. Després, les fases (o el sòlid restant) se separen per decantació o filtració.

Cromatografia

Separa els components d'una mescla basant-se en la seva diferent distribució entre dues fases: una fase estacionària (un sòlid o un líquid fixat a un suport) i una fase mòbil (un líquid o un gas que flueix a través de la fase estacionària). Els components de la mescla són arrossegats per la fase mòbil a diferents velocitats segons la seva afinitat (solubilitat, adsorció) per cada fase, produint-se la separació.

Solucions, Gasos i Propietats Col·ligatives

Solucions

Una solució saturada és aquella que, a una temperatura determinada, ja no pot dissoldre més solut. La concentració de la solució saturada a una temperatura determinada s'anomena solubilitat (expressada normalment en g de solut / 100 g de dissolvent o mol/L).

Lleis dels Gasos Ideals

Llei de Boyle-Mariotte

A temperatura constant, el producte de la pressió (P) que s'exerceix sobre una quantitat fixa de gas pel volum (V) que ocupa és constant: P₁ · V₁ = P₂ · V₂.

Llei de Charles i Gay-Lussac

A pressió constant, el volum (V) que ocupa una quantitat fixa de gas és directament proporcional a la seva temperatura absoluta (T, en Kelvin): V₁ / T₁ = V₂ / T₂. (També existeix una forma a volum constant: P₁ / T₁ = P₂ / T₂).

Llei Combinada dels Gasos

Per a una quantitat determinada de gas, el producte de la seva pressió (P) pel volum (V), dividit per la seva temperatura absoluta (T), és una quantitat constant: P₁ · V₁ / T₁ = P₂ · V₂ / T₂.

Propietats Col·ligatives de les Solucions

Són propietats de les solucions (com la pressió de vapor, la temperatura d'ebullició, la temperatura de congelació i la pressió osmòtica) que depenen únicament de la concentració (nombre de partícules) del solut dissolt, i no de la seva naturalesa química.

Disminució de la Pressió de Vapor (Llei de Raoult)

La disminució relativa de la pressió de vapor de la solució respecte a la del dissolvent pur (P⁰) és directament proporcional a la fracció molar (Xs) del solut: ΔP = P⁰ - P = P⁰ · Xs. On P és la pressió de vapor de la solució.

Pressió Osmòtica

La pressió hidrostàtica necessària per aturar el flux net de dissolvent a través d'una membrana semipermeable (que només deixa passar el dissolvent) des del dissolvent pur cap a la solució (o d'una solució diluïda a una de concentrada) s'anomena pressió osmòtica (π). Per a solucions diluïdes, es calcula com: π = M · R · T, on M és la molaritat de la solució, R és la constant dels gasos ideals i T és la temperatura absoluta. La pressió osmòtica, a una temperatura donada, és directament proporcional a la molaritat de la solució.