Διαχωρισμός μειγμάτων ⚗️
Γιατί διαχωρίζουμε μείγματα
Όλες οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούμε στη βιομηχανία, στο χημικό εργαστήριο και στην καθημερινή ζωή βρίσκονται στη φύση ως μείγματα. Από αυτά λαμβάνουμε τα συστατικά τους, άλλοτε με παραδοσιακές και άλλοτε με σύγχρονες μεθόδους. Για παράδειγμα, παίρνουμε το αλάτι από το θαλασσινό νερό με την πανάρχαια τεχνική των αλυκών, ενώ λαμβάνουμε τη βενζίνη από το πετρέλαιο με μια τεχνολογικά εξελιγμένη μέθοδο απόσταξης.
Εκχύλιση, απόχυση, διήθηση
Όταν φτιάχνουμε τσάι, ρίχνουμε φύλλα τσαγιού σε βραστό νερό. Παρατηρούμε ότι το νερό αποκτά καστανό χρώμα. Αυτό γίνεται επειδή κάποιες ουσίες (έγχρωμες, αρωματικές κ.ά.) μεταφέρονται από τα φύλλα του τσαγιού στο βραστό νερό — λέμε ότι εκχυλίστηκαν. Η τεχνική αυτή ονομάζεται εκχύλιση.
Στη συνέχεια, αν γείρουμε προσεκτικά το ποτήρι με το ρόφημα και αδειάσουμε το υγρό σε άλλο ποτήρι, συγκρατώντας τα φύλλα με μια γυάλινη ράβδο, εφαρμόζουμε την απόχυση: διαχωρίζουμε το υγρό ρόφημα από τα στερεά φύλλα του τσαγιού.
Αν αντί για απόχυση περάσουμε το μείγμα από χωνί με χάρτινο φίλτρο, εφαρμόζουμε τη διήθηση ή φιλτράρισμα: διαχωρίζουμε το υγρό ρόφημα από τα στερεά φύλλα χρησιμοποιώντας έναν ηθμό (φίλτρο).
Εξάτμιση
Αν σε ποτήρι ζέσεως βάλουμε λίγο αλατόνερο, το τοποθετήσουμε πάνω σε πλέγμα και το θερμάνουμε με λύχνο, μετά από λίγη ώρα το νερό εξατμίζεται, ενώ στον πυθμένα του ποτηριού σχηματίζεται μια λευκή στερεή ουσία (το αλάτι). Με την τεχνική της εξάτμισης πήραμε δηλαδή ένα στερεό (αλάτι) από ένα υγρό διάλυμα (αλατόνερο).
Απόσταξη
Αν στη φιάλη μιας συσκευής απόσταξης βάλουμε αλατόνερο με λίγη χρωστική ουσία και θερμάνουμε, συλλέγουμε από τον ψυκτήρα καθαρό νερό που στάζει σε ένα ποτήρι ζέσεως, ενώ στη φιάλη παραμένει στερεό υπόλειμμα.
Η διαδικασία αυτή ονομάζεται απόσταξη. Με αυτή διαχωρίζουμε ένα μείγμα στα συστατικά του, επειδή αυτά βράζουν σε διαφορετικές θερμοκρασίες.
Η απόσταξη χρησιμοποιείται από τον Μεσαίωνα με ειδικές αποστακτικές συσκευές, αρχικά κυρίως από τους αλχημιστές. Σήμερα η ίδια βασική αρχή χρησιμοποιείται σε τεράστια κλίμακα στα διυλιστήρια πετρελαίου, για να διαχωριστούν η βενζίνη, το πετρέλαιο κίνησης και άλλα προϊόντα.
Χρωματογραφία
Αν κόψουμε μια λωρίδα από διηθητικό χαρτί, βάλουμε κοντά στο ένα άκρο της μια σταγόνα μελάνι και βυθίσουμε το άκρο (όχι τη σταγόνα) σε νερό μέσα σε ποτήρι ζέσεως, μετά από λίγη ώρα θα δούμε στο χαρτί έγχρωμες κηλίδες.
Το νερό διαβρέχει το χαρτί και διαλύει το μελάνι. Το μείγμα (νερό και μελάνι) διέρχεται μέσα από το πορώδες υλικό του διηθητικού χαρτιού, και τα έγχρωμα συστατικά του μελανιού «τρέχουν» με διαφορετική ταχύτητα πάνω στο χαρτί, οπότε διαχωρίζονται. Η μέθοδος αυτή ονομάζεται χρωματογραφία.
Φυγοκέντριση
Μια άλλη μέθοδος, με πολλές τεχνολογικές εφαρμογές, είναι η φυγοκέντριση. Με αυτή διαχωρίζουμε μείγματα μικροσκοπικών στερεών που αιωρούνται μέσα σε υγρά μείγματα, σχηματίζοντας «γαλακτώματα». Το γάλα είναι ένα παράδειγμα γαλακτώματος.
Για τη φυγοκέντριση χρησιμοποιούμε ειδικές συσκευές που περιστρέφουν με μεγάλη ταχύτητα το μείγμα, οπότε αυτό διαχωρίζεται στα συστατικά του. Έτσι διαχωρίζουμε το λάδι από τις πολτοποιημένες ελιές, το βούτυρο από το γάλα, καθώς και τα συστατικά του αίματος.
Τα συστατικά ενός γαλακτώματος διακρίνονται με το μικροσκόπιο, ενώ τα συστατικά ενός διαλύματος δεν διακρίνονται — ούτε καν με μικροσκόπιο. Γι' αυτό και οι δύο τύποι μειγμάτων χρειάζονται διαφορετικές μεθόδους διαχωρισμού: το γάλα (γαλάκτωμα) διαχωρίζεται με φυγοκέντριση, ενώ ένα διάλυμα ζάχαρης διαχωρίζεται με εξάτμιση ή απόσταξη.
Επιλογή της κατάλληλης μεθόδου
Η επιλογή της μεθόδου διαχωρισμού εξαρτάται από τη φύση του μείγματος: αν πρόκειται για αδιάλυτο στερεό μέσα σε υγρό, χρησιμοποιούμε διήθηση ή απόχυση· αν πρόκειται για διαλυμένο στερεό μέσα σε διαλύτη, χρησιμοποιούμε εξάτμιση (για να πάρουμε το στερεό) ή απόσταξη (για να πάρουμε καθαρό τον διαλύτη)· αν πρόκειται για έγχρωμα συστατικά, χρησιμοποιούμε χρωματογραφία· αν πρόκειται για γαλάκτωμα, χρησιμοποιούμε φυγοκέντριση.