Química de Mescles: Col·loides, Dissolucions i Mètodes de Separació

Mescles Heterogènies amb Aparença Homogènia

Hi ha un grup de mescles heterogènies, els components de les quals són distingibles visualment, però només si s’utilitza un microscopi.

Tanmateix, a simple vista, aquestes mescles tenen una aparença homogènia. Entre aquestes mescles hi ha algunes suspensions i els col·loides.

Col·loides: Definició i Estabilitat

Els col·loides són mescles en les quals un component minoritari (la fase dispersa) es troba dispers dins d’un altre component majoritari (el medi de dispersió).

La mida dels fragments del component minoritari és tan minúscula que només es pot apreciar utilitzant un microscopi. Per això, els col·loides són mescles estables i d'aparença homogènia.

Tipus de Col·loides segons l'Estat dels Components

Els col·loides es classifiquen segons l’estat (sòlid, líquid o gasós) en què es troben la fase dispersa i el medi de dispersió:

• Aerosols: Col·loides amb medi de dispersió gasós i una fase dispersa formada per partícules sòlides o líquides. Ex: núvols.
• Sols: Col·loides formats per partícules de sòlid molt disperses en un medi líquid. Ex: pintura.
• Gels: En els gels, petites partícules de líquid es troben immerses en un medi de dispersió líquid, resultant en una textura gelatinosa. Ex: gelatina.
• Emulsions: Es produeixen quan dos líquids immiscibles (aigua i oli) s'aconsegueixen barrejar mitjançant la dispersió de gotes minúscules o micel·les d'un d'ells en l'altre. Ex: llet.
• Escumes: Són col·loides on un medi de dispersió líquid, o fins i tot sòlid, conté partícules de gas que donen lloc a bombolles de petites dimensions. Ex: escuma del mar.

La Dissolució: Mescles Homogènies Reals

Una dissolució és una mescla amb aspecte homogeni de dues o més substàncies pures.

Com que les seves partícules es distribueixen de manera uniforme, tots els punts d’una dissolució tenen les mateixes propietats.

Components de la Dissolució: Solut i Dissolvent

Anomenem dissolvent la substància o component més abundant d’una dissolució. I anomenem solut les substàncies minoritàries d’una dissolució. Trobem dissolucions en estat sòlid, líquid i gasós.

Dissolucions Aquoses i el Dissolvent Universal

Les dissolucions aquoses són aquelles en què el dissolvent és aigua.

L’aigua és el líquid que més substàncies diferents dissol. Per això se l’anomena dissolvent universal.

Les dissolucions aquoses poden contenir soluts en diferents estats:

• Soluts sòlids, com la sal o el sucre.
• Soluts líquids, com l’alcohol o l’àcid acètic.
• Soluts gasosos, com l’oxigen o el nitrogen.

Els components d’una dissolució es poden presentar en proporcions diverses. Les propietats de la dissolució varien segons aquestes proporcions.

Solubilitat i Miscibilitat

Substàncies Solubles i Insolubles

No totes les substàncies donen lloc a dissolucions quan es mesclen amb aigua.

Segons això, distingim entre substàncies solubles (quan sí es mesclen amb aigua) i substàncies insolubles en aigua (quan no).

Líquids Miscibles i Immiscibles

Distingim entre líquids miscibles i líquids immiscibles en aigua, segons si formen una dissolució o una mescla heterogènia quan es mesclen amb aigua.

Les dissolucions aquoses d’un mateix solut es distingeixen les unes de les altres per la proporció en què es troben els seus components (solut i dissolvent).

Mètodes de Separació de Mescles

Aquests són alguns exemples de mètodes de separació utilitzats en química:

• Decantació: Permet separar mescles heterogènies formades per dos líquids no miscibles amb diferent densitat o un sòlid d’un líquid.
  • Líquids: Es deixa reposar la mescla perquè el líquid més dens baixi al fons del recipient i s’obre una sortida a la base per extreure’n aquest líquid. S’utilitza un embut de decantació.
  • Sòlid i líquid: Es deixa reposar la mescla fins que el component sòlid i el líquid es distribueixin en dues capes o fases ben diferenciades.
• Tamisatge: Permet separar mescles de sòlids de diferents mides. Consisteix a fer passar la mescla per un tamís o colador, un utensili la superfície del qual és una reixeta que presenta porus d’una mida determinada.
• Filtració: Aquesta tècnica permet extreure els fragments sòlids suspesos en un líquid, sempre que les seves dimensions siguin més grans que el diàmetre del porus del filtre de paper.
• Imantació: Aplicat a una mescla heterogènia de sòlids, aquest mètode permet separar els components amb propietats magnètiques de la resta de components.
• Cristal·lització: Aquest mètode s’utilitza per separar dissolucions de sòlids en un dissolvent líquid. Consisteix a escalfar la mescla fins a vaporitzar el líquid per recuperar el sòlid en el fons del recipient en forma de cristalls.
• Destil·lació: Aquest mètode permet separar dissolucions de líquids que tenen diferents punts d’ebullició. Consisteix a escalfar la mescla fins a vaporitzar el líquid amb un punt d’ebullició més baix, recollir aquest gas, refredar-lo i fer que es condensi en un altre recipient.
• Cromatografia: Aquesta tècnica permet separar els components segons la velocitat a què es desplacen a través d’una superfície absorbent, com un tros de paper.

Concentració de Dissolucions

La concentració és la magnitud física que expressa la quantitat d'un element o d'un compost que es troba mesclada amb una altra substància.

Recordem que: Dissolució = Solut + Dissolvent.

Concentració en Massa (Cm)

La manera habitual d’expressar la concentració de dissolucions de sòlids en líquids és donar la relació entre la massa del solut i el volum de dissolució. En química, la concentració en massa es defineix com la massa d'un compost dividida pel volum de la dissolució.

La unitat de concentració en massa en el SI és el kg/m³, però en la pràctica s’utilitza el g/L, g/dm³ o el mg/L per a concentracions molt petites.

$$ C_m = \frac{\text{massa solut}}{\text{volum de dissolució}} \quad (\text{g/dm}^3) $$

Percentatge en Massa (% m/m)

Quan es tracta de sòlids dissolts en sòlids, s’expressa la concentració mitjançant el percentatge en massa, o massa de solut en grams dissolta en 100 g de dissolució. És la relació que hi ha entre la massa d'un constituent d'una mescla i la massa total de tots els constituents de la mescla.

$$ \% \text{ massa} = \frac{\text{massa solut}}{\text{massa de dissolució}} \times 100 \quad (\%) $$

Nota: Massa dissolució = Massa solut + Massa dissolvent.

Percentatge en Volum (% v/v)

És la relació que hi ha entre el volum d'un constituent d'una mescla i el volum total de tots els constituents de la mescla.

$$ \% \text{ volum} = \frac{\text{volum solut}}{\text{volum de dissolució}} \times 100 \quad (\%) $$