Διαχωρισμός ετερογενών μιγμάτων

Στη φύση και στην καθημερινή μας ζωή σπάνια συναντάμε ουσίες ολομόναχες. Τις περισσότερες φορές τα υλικά γύρω μας είναι ανακατεμένα μεταξύ τους και σχηματίζουν μίγματα. Πολλές φορές όμως θέλουμε να ξεχωρίσουμε ξανά τα συστατικά ενός μίγματος: για παράδειγμα, να πάρουμε καθαρό νερό από νερό γεμάτο χώμα, ή να απομακρύνουμε τα κουκούτσια από έναν χυμό. Η διαδικασία με την οποία χωρίζουμε τα συστατικά ενός μίγματος λέγεται διαχωρισμός.

Σε αυτή την ενότητα θα ασχοληθούμε με τον διαχωρισμό των ετερογενών μιγμάτων, και συγκεκριμένα με δύο απλές αλλά πολύ χρήσιμες μεθόδους: την απόχυση και τη διήθηση.

Τι θυμόμαστε για τα ετερογενή μίγματα

Πριν προχωρήσουμε, ας θυμηθούμε τι κάνει ένα μίγμα ετερογενές. Σε ένα ετερογενές μίγμα μπορούμε να ξεχωρίσουμε με το μάτι μας διαφορετικά κομμάτια ή στρώματα. Δεν μοιάζει παντού ίδιο.

Θα ασχοληθούμε ειδικά με ετερογενή μίγματα ενός υγρού (συνήθως νερού) και ενός στερεού που δεν διαλύεται μέσα του. Ένα στερεό που διαλύεται ελάχιστα ή καθόλου στο νερό το λέμε δυσδιάλυτο. Επειδή το στερεό δεν εξαφανίζεται μέσα στο νερό, το βλέπουμε καθαρά ξεχωριστό — και ακριβώς γι' αυτό μπορούμε να το διαχωρίσουμε.

Δύο διαφορετικές συμπεριφορές του στερεού

Δεν συμπεριφέρονται όλα τα στερεά ίδια μέσα στο νερό. Η διαφορά εξαρτάται κυρίως από το μέγεθος των σωματιδίων τους.

Στερεά που καταβυθίζονται (καθίζουν)

Όταν τα σωματίδια ενός στερεού είναι μεγάλα και βαριά, δεν μπορούν να κρατηθούν μέσα στο νερό. Η βαρύτητα τα τραβά προς τα κάτω και σε λίγη ώρα καταβυθίζονται, δηλαδή κάθονται στον πάτο του δοχείου. Το φαινόμενο αυτό λέγεται καταβύθιση ή καθίζηση.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι τα χαλίκια μέσα στο νερό. Αν ανακατέψουμε νερό με χαλίκια και το αφήσουμε ήσυχο, τα χαλίκια πέφτουν γρήγορα στον πάτο και από πάνω μένει διαυγές (καθαρό) νερό.

Στερεά που αιωρούνται

Όταν όμως τα σωματίδια είναι πολύ μικρά και ελαφριά, δεν κάθονται εύκολα. Μένουν σκορπισμένα παντού μέσα στο υγρό και το κάνουν να φαίνεται θολό. Λέμε τότε ότι το στερεό αιωρείται και ότι το μίγμα είναι ένα αιώρημα.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η λεπτή σκόνη κιμωλίας μέσα στο νερό. Όσο κι αν περιμένουμε, η σκόνη δεν κάθεται· το νερό μένει θολωμένο.

Πρώτη μέθοδος: η απόχυση

Η απόχυση είναι η πιο απλή μέθοδος διαχωρισμού. Την εφαρμόζουμε μόνο όταν το στερεό έχει καταβυθιστεί στον πάτο του δοχείου.

Η ιδέα είναι απλή: αφού το στερεό έχει κάτσει κάτω και το καθαρό υγρό βρίσκεται από πάνω, χύνουμε προσεκτικά το υγρό σε ένα δεύτερο δοχείο, φροντίζοντας να αφήσουμε πίσω το στερεό στον πάτο.

Ας δούμε πώς θα διαχωρίσουμε ένα μίγμα νερού και χαλικιών με απόχυση:

1. Αφήνουμε το μίγμα ήσυχο για λίγο, ώστε όλα τα χαλίκια να καθίσουν στον πάτο του ποτηριού.
2. Γέρνουμε αργά το ποτήρι και χύνουμε προσεκτικά το νερό σε ένα άλλο ποτήρι.
3. Σταματάμε πριν φτάσουμε στα χαλίκια, ώστε να μείνουν πίσω.

Δεύτερη μέθοδος: η διήθηση

Η διήθηση είναι η μέθοδος που χρησιμοποιούμε όταν το στερεό αιωρείται και δεν καθίζει. Επειδή δεν μπορούμε να το αφήσουμε να κάτσει και να το αποχύσουμε, πρέπει να το «πιάσουμε» με άλλον τρόπο.

Στη διήθηση περνάμε ολόκληρο το μίγμα μέσα από ένα υλικό γεμάτο μικρές τρύπες, τους πόρους. Το υλικό αυτό λέγεται ηθμός ή φίλτρο. Ως ηθμό μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε:

• διηθητικό χαρτί
• σουρωτήρι
• βαμβάκι
• ύφασμα
• ή οποιοδήποτε άλλο υλικό έχει πόρους.

Πώς λειτουργεί ο ηθμός

Οι πόροι του ηθμού είναι αρκετά μεγάλοι για να περάσει το υγρό, αλλά πολύ μικροί για να περάσουν τα σωματίδια του στερεού. Έτσι, όταν χύσουμε το θολό μίγμα μέσα στον ηθμό:

• το υγρό περνά από τους πόρους και βγαίνει καθαρό από την άλλη μεριά,
• το στερεό κρατιέται πάνω στον ηθμό, γιατί τα σωματίδιά του είναι πολύ μεγάλα για να χωρέσουν στις τρύπες.

Δύο σημαντικοί όροι: διήθημα και ίζημα

Κατά τη διήθηση προκύπτουν δύο πράγματα, που το καθένα έχει το δικό του όνομα.

Το διήθημα είναι το διαυγές υγρό που περνά από τους πόρους του ηθμού και μαζεύεται από κάτω.

Το ίζημα είναι το στερεό που δεν περνά και μένει πάνω στον ηθμό.

Ας δούμε πώς διαχωρίζουμε ένα μίγμα νερού και σκόνης κιμωλίας με διήθηση. Επειδή η σκόνη αιωρείται και θολώνει το νερό, δεν γίνεται απόχυση. Περνάμε λοιπόν το θολό μίγμα μέσα από διηθητικό χαρτί: το νερό (το διήθημα) περνά διαυγές από κάτω, ενώ η σκόνη κιμωλίας (το ίζημα) κρατιέται πάνω στο χαρτί.

Πώς διαλέγουμε τη σωστή μέθοδο

Τώρα που ξέρουμε και τις δύο μεθόδους, το ερώτημα είναι: πότε διαλέγουμε την καθεμία; Το κριτήριο είναι πάντα η συμπεριφορά του στερεού μέσα στο υγρό, που εξαρτάται από το μέγεθος των σωματιδίων του.

Ας δούμε μερικά παραδείγματα από την καθημερινή ζωή:

Ο καθαρισμός του νερού: οι μέθοδοι στην πράξη

Οι δύο αυτές μέθοδοι δεν είναι μόνο πειράματα του εργαστηρίου. Χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα στις μονάδες επεξεργασίας νερού, εκεί όπου το θολό νερό μετατρέπεται σε καθαρό νερό κατάλληλο για χρήση. Το ενδιαφέρον είναι ότι χρησιμοποιούνται και οι δύο μαζί, η μία μετά την άλλη.

Οι δεξαμενές καθίζησης — η απόχυση σε μεγάλη κλίμακα

Στο πρώτο στάδιο, το νερό οδηγείται σε μεγάλες δεξαμενές καθίζησης. Εκεί το αφήνουν να μείνει ήσυχο για αρκετή ώρα, ώστε τα βαριά σωματίδια (άμμος, χώμα, χαλίκια) να καταβυθιστούν στον πάτο. Μετά, το πιο καθαρό νερό της επιφάνειας προχωρά παρακάτω, ενώ τα στερεά μένουν πίσω στον πάτο. Αυτό δεν είναι τίποτε άλλο παρά απόχυση σε τεράστια κλίμακα.

Τα φίλτρα — η διήθηση σε μεγάλη κλίμακα

Στο δεύτερο στάδιο, το νερό περνά μέσα από φίλτρα: στρώματα υλικού με πόρους (όπως άμμος και χαλίκι) που κρατούν τα πιο μικρά αιωρούμενα σωματίδια που δεν κατάφεραν να καθίσουν στις δεξαμενές. Αυτό είναι διήθηση.

Ένα σπιτικό φίλτρο

Μπορούμε να φτιάξουμε και εμείς ένα απλό φίλτρο για να καθαρίσουμε θολό νερό. Παίρνουμε ένα πλαστικό μπουκάλι, κόβουμε τον πάτο του και το γυρίζουμε ανάποδα (με το στόμιο προς τα κάτω), σαν χωνί. Βάζουμε μέσα στρώματα από διαφορετικά υλικά:

Καθώς χύνουμε το θολό νερό από πάνω, κάθε στρώμα δρα σαν ηθμός με πόρους και κρατά όλο και πιο λεπτά σωματίδια. Το νερό που βγαίνει από κάτω είναι πολύ πιο διαυγές.

Σύνοψη

Ας μαζέψουμε όλα όσα μάθαμε σε έναν πίνακα:

Θυμήσου το βασικό: πρώτα παρατηρούμε αν το στερεό καθίζει ή αιωρείται, και μετά διαλέγουμε — απόχυση για ό,τι καθίζει, διήθηση για ό,τι αιωρείται.