Prehľad separačných procesov a ich aplikácie v chémii v učebných pomôckach lexikónu študentov chémie

Väčšina organických a anorganických látok sa vyskytuje prirodzene ako zmesi látok. Aj v chemickom priemysle sú východiskové látky a reakčné produkty syntézy látok často kontaminovanými látkami. Preto sú procesy separácie látok mimoriadne dôležité. S podobnými separačnými procesmi sa stretávame v každodennom živote prekvapivo často.
Oddelenie zmesí látok je založené na využití rôznych fyzikálnych a chemických vlastností použitých čistých látok.

Triedne skúšky - základné látky a zmesi látok

#Miešanie # zmesi # oddelené # čistý materiál # zmes látok # homogénna zmes # heterogénna # homogénna # roztok # zliatina # masáž # fázové hranice

Homogénne a heterogénne zmesi

#Miešanie # zmesi # oddelené # čistá látka # zmes látok

Vodné roztoky

# Roztok # rozpúšťadlo # soli # tuky # časticový model # rozpustnosť # tuhé látky # sediment # nasýtený roztok

Filtrovať

Základný princíp: Oddelenie zmesí látok od látok rôznych agregátnych stavov v dôsledku rozdielnych veľkostí častíc

Ak sa má kvapalina oddeliť od pevnej látky, ktorá je v nej nerozpustná, zvolí sa filtrácia. Kvapalina, ktorá sa skladá z veľmi malých častíc, bez problémov preteká filtračným papierom alebo filtračnou látkou (obr. 1). Dávajte pozor na veľkosť pórov použitého filtračného materiálu. Zostáva zvyšok filtra pozostávajúci z väčších častíc.
Popísaná jednoduchá filtrácia pomocou papierového filtra je nevýhodná v tom, že beží veľmi pomaly a na zvyškoch filtra sa vždy drží kvapalina. To sa dá zlepšiť prácou s fľašami na kŕmenie a Büchnerovými lievikmi.
Použitím vákuovej pumpy a výsledného podtlaku je filtrácia oveľa rýchlejšia a zvyšok filtra sa vysuší nasávaným vzduchom.

Filtrácia ponúka ďalšie možnosti separácie pomocou určitých metód Membrány s veľmi malou veľkosťou pórov (molekulárny filter). Tieto filtre umožňujú priechod molekulám vody alebo iným malým molekulám, ale zadržujú nečistoty (niekedy dokonca rozpustné soli).
Oblasťami použitia tohto procesu sú napríklad odsoľovanie morskej vody na výrobu pitnej vody, ale aj čistenie krvi pacientov s poškodenými obličkami dialýzou. Aj pri výrobe piva bez alkoholu sa alkohol oddeľuje membránou.

Príklady použitia filtrácie kvapalín:

Filtrovanie uvareného čaju a kávy
Separácia tuhej a tekutej látky v laboratóriu alebo v technológii na získanie syntetizovanej látky
Čistenie extra panenského olivového oleja filtráciou
Odsoľovanie morskej vody
Dialýza u pacientov s obličkami

Príklady filtrácie tuhých látok z plynov:

Oddelenie častíc sadzí od výfukových plynov vznetových motorov pomocou filtrov pevných častíc
Oddelenie peľu a iných pevných častíc od vzduchu pomocou peľového filtra v klimatizačných systémoch
Separácia prachu a jemného prachu pomocou prachových filtrov v špičkových laboratóriách na výrobu čipov
Odlučovanie prachu a vzduchu cez filter vo vysávači

Nanesená sklenená tyčinka zabráni vystreknutiu roztoku pri jednoduchej filtrácii.

Dekantovanie

Základný princíp: Oddelenie kvapaliny a tuhej látky v nej nerozpustnej z dôvodu rôznych hustôt.

Ak sa nerozpustná tuhá látka usadila pod kvapalinou, takže sa vytvorili dve vrstvy, je možné kvapalinu na vrchu (supernatant) opatrne vyliať (obr. 2). Zmes sa však nedá úplne oddeliť dekantáciou, pretože časť kvapaliny vždy priľne k pevnej látke a často sa v naliatej tekutine dajú zistiť aj niektoré pevné častice.

Príklady použitia:

Na staveniskách sa zmesi vody a piesku zvyčajne oddeľujú dekantáciou (nalievaním)
Odlievanie kávovej usadeniny alebo čaju uvareného v šálke alebo v hrnci
Kvalitné vína sa pred konzumáciou dekantujú, aby sa oddelil prípadný prítomný sediment (biely kameň)
Roztok sa vyleje cez ťažko rozpustnú zrazeninu z. B. Uhličitan vápenatý v laboratóriu

Pri dekantácii sa roztok supernatantu oddelí od pevného sedimentu alebo od kvapaliny s vyššou hustotou.

sedem

Základný princíp: Oddelenie pevných látok v dôsledku rôznych veľkostí zŕn

Separácia sa uskutočňuje naliatím zmesi látok na jedno alebo viac sít s definovanou veľkosťou otvorov (obr. 3). Preosievanie sa zvyčajne urýchli pretrepaním sít.

Príklady použitia:

rošt v krbe alebo peci slúži na oddeľovanie paliva a popola
Stanovenie podielov jemného piesku a ďalších zložiek vo vzorke pôdy preosievaním vzorky pomocou sitovej súpravy
Oddelenie štrku a piesku a výroba vhodného stavebného materiálu so stanovenou zrnitosťou
Preosievanie sedimentov počas archeologických výskumov na získanie menších nálezov

Preosievanie je v odbore napr. B. pripraviť východiskové materiály syntézy, čo je dôležité.

Odstredivka

Princíp postupu: Separácia nemiešateľných látok (väčšinou tuhých/kvapalných) v dôsledku ich rozdielnej hustoty a výsledných odstredivých síl

Ak je nerozpustná pevná látka veľmi jemne distribuovaná v kvapaline, je často nevhodné oddelenie filtráciou. Jemne rozdelená pevná látka by pri nízkej rýchlosti filtrácie upchala póry filtračného papiera. V tomto prípade sa použije odstredivka. Toto zariadenie generuje odstredivé sily prostredníctvom veľkého počtu otáčok, ktorými sa pevné častice tlačia na dno skúmaviek a tým sa oddeľujú od kvapaliny v skúmavke (obr. 4). Po vybratí skúmaviek môžete kvapalinu jednoducho dekantovať.

Príklady použitia:

Odstreďujte mokré prádlo (oddeľujúca vodu)
Mrštenie medom, aby sa oddelil od plástu
Extrakcia smotany separáciou tuku a odstredeného mlieka v špeciálnom zariadení (odlučovače)
Oddelenie zložiek bunkovej krvi od krvnej plazmy v medicíne
rýchla separácia zrazeniny, ako je chlorid strieborný, z vodného roztoku

Vďaka odstredivej sile v rotujúcej odstredivke je separácia pevných látok a kvapalín oveľa efektívnejšia ako pri jednoduchom dekantovaní, kde pôsobí iba gravitácia.

Záloha

Princíp postupu: Separácia látok (často kvapalín), ktoré nie sú navzájom rozpustné kvôli rôznej hustote

Ak sú dve kvapaliny nerozpustné navzájom, vytvoria sa pri ich oddelení dve fázy. Spodná vrstva obsahuje vždy kvapalinu s vyššou hustotou, horná vrstva kvapalinu s nižšou hustotou. Pomocou oddeľovacieho lievika možno také zmesi látok ľahko separovať v laboratóriu (obr. 5).

Príklady použitia:

Oddelenie zvyškov benzínu/oleja a vody pomocou vhodného odlučovača v autoumyvárňach
Oddelenie mastných zvyškov a vody špeciálnymi odlučovačmi tukov vo veľkých kuchyniach
Oddelenie vodnatej omáčky a tuku v omáčkach pomocou špeciálnych kastrólov

Oddelenie dvoch nerozpustných kvapalín pomocou oddeľovacieho lievika

Extrahovať

Základný princíp: Oddelenie zmesí látok v dôsledku rozdielnej rozpustnosti obsiahnutých čistých látok v rozpúšťadle

Extrakcia využíva rozdielnu rozpustnosť zložiek obsiahnutých v zmesi vo vhodnom rozpúšťadle (obr. 6). Rozpúšťadlo (voda, alkohol alebo iné organické rozpúšťadlá) by malo rozpúšťať jednu zložku čo najlepšie a druhú čo najhoršie. Získaný extrakt je možné použiť priamo alebo ďalej spracovať, napr. B. spätným získaním rozpúšťadla a oddelením čistej látky obsiahnutej v extrakte. To má výhodu v tom, že (často drahé) rozpúšťadlo sa môže znova použiť.
Napríklad rozpustné tuhé látky je možné extrahovať z iných tuhých látok alebo kvapalín.

Príklady použitia extrakcie pevnou látkou:

Varenie čaju alebo kávy (voda s obsahom rozpúšťadla)
Rozpúšťanie cukru z cukrovej repy (voda rozpúšťadla)
Výroba extraktov z liečivých rastlín z bylín na výrobu liekov (rozpúšťadlá, často alkohol)
Extrakcia vonných látok z častí rastlín (napr. Lupeňov ruží) pomocou tuku bez zápachu (tzv. Enfleurage)
Spracovanie zvyškov po lisovaní, ktoré vzniknú pri výrobe olivového oleja lisovaného za studena, pomocou rozpúšťadiel - to tiež umožňuje regeneráciu zvyšného oleja
Dekofeinácia kávy s použitím skvapalneného oxidu uhličitého pod tlakom

Na druhej strane extrakcia môže tiež oddeliť zmes kvapalných látok. Tento postup sa väčšinou volá v laboratóriu "Vytriasť" určený. Na tento účel sa do zmesi pridá rozpúšťadlo (extrakčné činidlo), v ktorom sa komponent dobre rozpúšťa. Intenzívnym trepaním sa oddelí požadovaná zložka od pôvodnej zmesi rozpustením v rozpúšťadle. Po vytvorení dvoch fáz sa môžu fázy rozdeliť pomocou oddeľovacieho lievika.

Príklady použitia extrakcie kvapalina-kvapalina:

Oddelenie tuku z emulzií, ako je mlieko, pomocou organických rozpúšťadiel (napr. Lakový benzín)
Separácia kvapalných zmesí, ktoré sú veľmi citlivé na teplotu, napr. B. v biotechnológiách
Separácia benzénu, toluénu a xylénu pri petrochemickej výrobe aromatických látok z pyrolýzneho benzínu

Extrakcia prísad z čajových lístkov obarením horúcou vodou

Destilovať

Základný princíp: Separácia zmesí kvapalných látok v dôsledku rôznych tlakov pár alebo teplôt varu

Počas destilácie sa na separáciu používa rozdielna prchavosť čistých látok obsiahnutých v zmesi. Ide o zmesi (väčšinou zmesi kvapalných látok alebo zmesi pevných a kvapalných látok). Pri zahrievaní v destilačnom prístroji (obr. 7) sa látka s nižšou teplotou varu najskôr odparí, kondenzuje na chladiči a môže sa zachytávať v zbernej nádobe. Teploty varu látok v zmesi by mali byť relatívne ďaleko od seba, aby bolo možné použiť tento postup.

Prihláška:

Oddelenie éterických olejov (vonných látok) z častí rastlín destiláciou s vodnou parou
Oddelenie alkoholu a vody na prípravu vysoko kvalitných nápojov, ako je whisky a brandy
Odsoľovanie morskej vody vo vhodných systémoch a získavanie pitnej vody
Čistenie produktov organickej syntézy v laboratóriu
Recyklácia kontaminovaných rozpúšťadiel v priemysle

Špeciálnym variantom je frakčná destilácia, ktorá sa používa na separáciu látok, ktorých teploty varu sú blízko seba (asi 5 - 10 ° C), zo zmesi. Para tu pozostáva nielen z látky s nižším bodom varu, ale aj viac alebo menej veľkého podielu látok s vyššou teplotou varu v pare, v závislosti od rozdielu teploty varu.
Na separáciu sa použije kolóna umiestnená na vrchu destilačnej banky. V tomto sa para pomaly ochladzuje a nepretržite čiastočne kondenzuje.
Zvyšujúca sa para teraz s výhodou odoberá látku s nižším bodom varu zo stekajúceho kondenzátu a naopak, kondenzát vymyje látku s vyššou teplotou varu z pary. Týmto spôsobom sa látka s nízkym bodom varu hromadí v kolóne stále viac a je možné ju oddestilovať čistú.

Zvyšovaním teploty v destilačnej banke je možné postupne oddestilovať niekoľko látok (frakcií) vo zvyšujúcom sa počte bodov varu.

Príklady použitia:

Destilácia surovej ropy a získanie rôznych ropných frakcií na ďalšie spracovanie
frakčná destilácia kvapalného vzduchu na extrakciu vzácnych plynov okrem dusíka a kyslíka