Ayırma ve Saflaştırma Teknikleri 10. Sınıf


Kategoriler: 10. sınıf Kimya, Kimya

Maddeler doğada çoğunlukla homojen veya heterojen karışımlar hâlinde bulunur. Bu maddeleri saf olarak elde etmek için karışımdan ayrılması gerekir. Maddeleri karışımlardan ayırmak için maddelerin aşağıdaki özelliklerin farklı olmasından yararlanılır.

  • Mıknatıstan Etkilenme
  • Erime noktası farkı
  • Tanecik boyutu farkı
  • Kaynama noktası farkı
  • Çözünürlük farkı
  • Yoğunluk farkı

MIKNATISTAN ETKİLENME İLE AYIRMA

Demir, kobalt ve nikel metalleri mıknatıs tarafından çekilir. Diğer metalleri mıknatıs çekmez. Bu özellik kullanılarak demir, kobalt ve nikel heterojen karışımlardan ayrılır.



Mıknatısla ayırma yönetmi sanayide demir filizlerinin ayrılmasında, çöplerden demirin ayrılmasında kullanılır.

ERİME NOKTASI FARKI İLE AYIRMA

Katı maddelerin oluşturduğu karışımların ayrılmasında, erime noktalarının farklı olmasından yararlanır. Katı karışım ısıtıldığında erime noktası düşük olan madde önce erir ve karışımdan ayrılır. Demir ve kurşundan oluşan bir karışım (alaşım da olabilir) ısıtıldığında ve sıcaklık 327 °C a ulaştığında kurşun erir. Çünkü kurşunun erime noktası 325 °C tur. Ancak bu sıcaklıkta erime noktası 1538 °C olan demir erimez.

TANECİK BOYUTU FARKI İLE AYIRMA

Tanecik boyu farkı ile ayırma heterojen karışımlar için uygulanır. Maddelerin taneciklerinin farklı olmasından yararlanılarak aşağıdaki ayırma teknikleri geliştirilmiştir.

  • Ayıklama
  • Eleme
  • Süzme
  • Diyaliz

Ayıklama

Bu yöntem katı – katı adi karışımlarının ayrılmasında kullanılır. Örneğin pirinçteki taşların ayrılması bir ayıklama işlemidir. Sanayide ise maden filizleri, çürük meyveler veya hatalı üretim yapılmış ürünler ayıklama yöntemi ile ayrılır. Ayıklama işleminde maddenin sadece tanecik boyutundan değil renk ve şekil gibi diğer özelliklerinden de yararlanılır.



Eleme

Eleme yöntemi katı – katı adi heterojen karışımlarının ayrılmasında kullanılır. Eleme yapabilmek için katılardan birinin taneciklerinin geçebileceği ancak diğerinin taneciklerinin geçemeyeceği deliklere sahip uygun bir elek kullanılır. Unun kepeğinden ayrılması, kumunun çakıllardan ayrılması işlemlerinde eleme yöntemi kullanılır. Kepekli un elekten geçirildiğinde sadece un aşağı geçer kepek elek Üzerinde kalır.

Süzme

Süzme yöntemi sıvı – katı veya gaz – katı heterojen karışımlarının ayrılmasında kullanılır. Süzme yapabilmek için sıvıda veya gazda bulunan katı taneciklerinin geçemeyeceği ancak sıvının veya gazın geçebileceği gözeneklere sahip uygun filtre kullanılır. Su tebeşir tozundan ve çamurdan, makarna pişirme suyundan ve hava tozlardan süzme yöntemi ile ayrılır.

Bilgi: Tanecik boyutu farkı kullanılarak sanayide zeytin, kuru fasülye, mercimek ve pirinç gibi gıdalar uygun eleklerden geçirilerek boyutlarına göre ayrılır.

Diyaliz

Diyaliz koloit türü heterojen karışımların ayrılmasında kullanılır. Aslında diyaliz bir tür süzme işlemidir. Ancak burada süzülecek taneciklerin boyutu çok küçüktür.

Diyalizde yarı geçirgen bir zar kullanılır. Bu zar küçük tanecikleri geçirirken büyük yapılı tanecikleri geçirmez. Koloidal karışım yarı geçirgen zardan geçerken karışımdaki koloidal tanecikler zardan geçmez. Diğer küçük tanecikli moleküller zardan geçer. Bu yöntem böbrekleri çalışmayan hastaların kanlarının temizlenmesinde kullanılır. Çünkü böbrekler de diyalizle kanı temizler. Diyaliz makinesine gönderilen kandaki küçük tanecikli üre gibi atık maddeler zardan geçer. Ancak protein ve şeker gibi gerekli olan maddeler zardan geçmez. Böylece kan temizlenmiş olarak tekrar hastaya verilir.



KAYNAMA NOKTASI FARKI İLE AYIRMA

Kaynama noktası farkı sıvı – katı veya sıvı – sıvı karışımların ayrılmasında kullanılır. Bu ayırma işlemleri için aşağıdaki yöntemler geliştirilmiştir.

  • Buharlaştırma
  • Basit damıtma
  • Ayrımsal damıtma

Buharlaştırma

Sıvı – katı karışımdan sıvının buharlaştırılarak katı maddenin elde edilmesine buharlaştırma denir. Buharlaştırma yaygın olarak deniz suyundan tuz eldesinde kullanılır. Deniz suyu büyük ve açık havuzlara doldurulur. Güneşin etkisiyle su buharlaşır geride tuz kalır. Böylece buharlaştırma ile tuz sudan ayrılmış olur.

Basit Damıtma

Basit damıtma yöntemi, uçucu olmayan katı içeren katı – sıvı çözeltileri veya uçuculukları farklı sıvılar içeren sıvı – sıvı çözeltilerinden bir sıvıyı ayrı olarak elde etmek için kullanılır. Basit damıtmada aşağıdaki düzenek kullanılır.

Bilgi: Bir sıvının buharlaştırıldıktan sonra soğuk bir ortamdan geçirilerek tekrar sıvı hâle getirilmesine damıtma (destilasyon) adı verilir. Damıtma yöntemi ile toplama kabında toplanan sıvıya destilat adı verilir.

Tuzlu su, damıtma düzeneğindeki cam balonun içine konup ısıtıldığında su buharlaşmaya başlar. Oluşan su buharı soğutucudan geçerken enerjisini kaybederek sıvılaşır ve toplama kabında sıvı olarak birikir.

Ayrımsal Damıtma



Sıvılar her sıcaklıkta buharlaşır. Bu nedenle basit damıtma ile sıvı karışımlarından birden fazla sıvı ayrı ayrı elde edilemez. Sıvı – sıvı karışımlarından her bir sıvının ayrı ayrı elde edilmesi için ayrımsal damıtma kullanılır. Ayrımsal damıtma düzeneğini, basit damıtma düzeneğinden farklı yapan fraksiyon kolonudur.

Bilgi: Sıvı – sıvı karışımlarının damıtma işleminde elde edilen sıvılar hiçbir zaman % 100 saf değildir. Saflığın artırılması için ayrımsal damıtma işlemi yapılır.

Fraksiyon kolonu, ısıtılan karışımdan gelen buhar karışımının sıcaklığının belirli bir değerde tutulmasını sağlayarak buhar hâlindeki sıvıları ayırır. Fraksiyon kolonu, kaynama noktası en düşük olan sıvının buharının geçmesini ve geri kalan sıvıların buharının sıvılaşarak kaba geri dönmesini sağlar. Böylece fraksiyon kolonundan geçen ve ikinci soğutucuya ulaşan buhar çok büyük ölçüde kaynama noktası en düşük olan sıvının buharı olur.

İkinci soğutucuya ulaşan buhar burada yoğuşarak toplama kabında sıvı hâlde toplanır. Karışımdan ikinci bir sıvıyı ayırmak için fraksiyon kolunun sıcaklığı uygun bir sıcaklık değerinde tutularak ayrımsal damıtma işlemi tekrar yapılır.

Su 100 °C ta, etil alkol 78 °C ta kaynar. Bu nedenle su – etil alkol karışımı ayrımsal damıtma yapılırken fraksiyon kolonun sıcaklığı 78 °C tan bir miktar yüksek 100 °C tan mümkün olduğu kadar düşük tutulur. Böylece alkol buharı fraksiyon kolonunda su buharından ayrılır. İkinci soğutucuya geçen alkol buharı burada sıvılaşır ve toplama kabında birikir.

ÇÖZÜNÜRLÜK FARKI İLE AYIRMA

Maddelerin sıvılardaki çözünürlükleri farklıdır. Bu özellik kullanılarak karışımdan maddeler aşağıdaki yöntemler ile ayrılabilir.

  • Özütleme
  • Kristallendirme
  • Ayrımsal Kristallendirme

Özütleme (Ekstraksiyon)

Maddelerin farklı çözücülerdeki çözünürlükleri farklıdır. Bu özellik kullanılarak karışımdaki bir maddenin uygun çözücü ortamına alınmasına özütleme (ekstraksiyon) denir. Çözelti içinde bulunan bir madde de daha iyi çözündüğü başka bir çözücüye çekip alınabilir. Bu yöntem genellikle suda ve organik çözücüde daha iyi çözünen maddeler için kullanılır.

Özütleme hem laboratuvar çalışmalarında hem de ilaç, petrol, kozmetik, gıda gibi birçok alanda kullanılır. Çayın demlenmesi bir özütlemedir. Çay yaprakları üzerine su eklendiğinde yapraktaki suda çözünebilen maddeler suya geçer. Böylece bu maddeler çay yaprağından ayrılmış olur.



Sanayide yağlı tohumlardan yağ eldesinde özütleme yöntemi kullanılır. Bu işlemlerde etil alkol, metanol ve aseton gibi organik çözücüler kullanılır.

Kristallendirme

Bir sıvıda çözünmüş bir katı maddenin kristaller hâlinde çöktürülmesine kristallendirme adı verilir. Katı maddelerin bir sıvıdaki çözünürlükleri sıcaklık ile değişir. Bazı katı maddelerin çözünürlükleri sıcaklık arttıkça artar. Sıcaklık azaldıkça azalır. Eğer böyle bir madde içeren karışım sıcak çözücüye atılırsa, çözücüde çözünen katı madde çözünür diğerleri çözünmez. Doygun hâle gelen bu çözelti süzülerek başka bir ortama alınır. Daha sonra çözelti soğutulduğunda çözünürlüğü azalan madde kristaller oluşturarak katılaşır. Böylece katı madde ayrılmış olur.

Örneğin, NaNO3 ın kum ile karışımı bu şekilde ayrılabilir. Karışım sıcak suya atıldığında NaNO3 suda çözünür. Ancak kum çözünmez. Oluşan NaNO3 doygun çözeltisi soğutulduğunda NaNOS katı kristalleri oluşmaya başlar. Böylece NaNO3 kumdan ayrılmış olur.

Kristallendirme sanayide tuzların saflaştırılmasında kullanılır.

Ayrımsal Kristallendirme

Ayrımsal kristallendirme yöntemi de kristallendirme yöntemi ile aynı prensibe dayanır. Bu yöntemde iki katıdan birinin çözünürlüğü sıcaklıkla iyi derecede artarken diğer katının çözünürlüğü sıcaklıkla ya azalır ya da çok az artar. Böyle bir katı karışımı uygun bir çözücüye atılıp ısıtıldığında sıcaklıkla çözünürlüğü artan madde çözücüde çözünür. Geri kalan tuz karışımdan süzülerek ayrılır. Daha sonra çözelti soğutularak çözünmüş katının kristaller hâlinde çökmesi sağlanır.

Örneğin, NaCl nin sıcaklıkla sudaki çözünürlüğü çok az değişir. Ancak NaNO3 tuzunun sudaki çözünürlüğü ise sıcaklık arttıkça iyi derecede artar. NaCl – NaNO3 karışımı oda sıcaklığında suya atılıp ısıtıldığında NaNO3 suda çözünür. Ancak NaCl nin çözündüğü miktar çok değişmez. Yani katı olarak kabın dibinde kalır. Bu karışım süzüldüğünde NaCl katısı ve NaNO3 çözeltileri elde edilir. Daha sonra NaNOçözeltisi soğutulduğunda NaNO3 tuzu kristaller oluşturarak katılaşır. Böylece tuzlar ayrılmış olur.

Örnek

YOĞUNLUK FARKI İLE AYIRMA

Heterojen karışımlarda, karışan maddelerin yoğunlukları arasında yeteri kadar fark varsa bu maddeler yoğunluk farkları kullanılarak ayrılabilir. Yoğunluk farkı ile ayırma için aşağıdaki yöntemler kullanılır.

  • Ayırma hunisi kullanma
  • Aktarma (Dekantasyon)
  • Yüzdürme (Flotasyon)
  • Santrifüjleme

Ayırma Hunisi Kullanma

Birbirinde karışmayan sıvılar ayrı fazlar oluşturur. Bu tür bir karışım bir kap içine konduğunda yoğunluğu büyük olan sıvı altta diğeri üstte toplanır. Ayırma hunisi alt tarafında bir musluk olan resimdeki gibi bir kaptır. Farklı faz oluşturan sıvı – sıvı heterojen karışımları ayırma hunisine konur. Yoğunluğu fazla olan sıvı alt taraftaki musluk açılarak başka bir kaba alınır. Böylece sıvılar ayrılmış olur.

Ayırma hunisi, suda çözünmüş bazı katı maddeleri sudan ayırmak için de kullanılır. Örneğin CCl4 ve su karışmaz. I2 katısı CCl4 te sudan daha iyi çözünür. Ayırma hunisindeki I2 nin sulu çözeltisine CCl4 eklendiğinde, I2 sudan ayrılarak CCl4 sıvı içine geçer. CCl4 içine çektiği iyot ile birlikte suyun altında toplanır. Ayırma hunisinin musluğu açılarak CCl4 – I2 karışımı toplama kabına akıtılır. Böylece sudaki iyot ayrılmış olur.

Aktarma (Dekantasyon)



Bu yöntem daha çok faz ayrımına uğrayan katı – sıvı veya sıvı – sıvı karışımları için kullanılır. Katı ~ sıvı karışımı bekletildiğinde katı kabın dibinde toplanır. Üstte kalan sıvı başka bir kaba aktarılır. Örneğin, çamurlu su dinlendirildiğinde çamur kabın dibine çöker ve su üstte kalır. Su aktarılarak başka bir kaba alınır.

Yüzdürme (Flotasyon)

Karışımdaki ayrılacak katı maddenin sıvının yüzeyinde yüzer hâle getirilmesi ve diğerlerinin sıvının dibinde toplanmasıdır. Sıvı üzerinde yüzen madde başka kaba aktarılır. Sanayide yüzdürme yöntemi genellikle bakır, sülfür, kurşun ve çinko gibi madenlerin cevherleri diğer maddelerden ayrılır. Bu yöntemde, cevher suda yüzdürülerek ya da batırılarak diğer maddelerden ayrılır.

Yüzdürmede cevher toz hâline getirilir ve yağ veya mazot gibi suyla karışmayan bir sıvıya batırılır. Daha sonra su havuzuna konur ve karışım içinden basınçlı hava geçirilir. Basınçlı hava yağlı cevher üzerinde kabarcıklar oluşturur. Böylece cevher su üzerine çıkar ve yüzer. Diğer maddeler ise dibe çöker. Cevher yüzeyden ve çöken maddeler alttan alınarak ayırma işlemi gerçekleştirilmiş olur.

Kum – tahta talaşı karışımı da yüzdürme ile ayrılabilir. Karışım suya atıldığında talaş suda yüzer, kum kabın dibine çöker. Böylece karışım ayrılmış olur.

Santrifüjleme

Sıvı ~ katı koloit karışımları dinlendirilse dahi katı madde kabın dibinde toplanmaz. Bu tür karışımlar bir kaba konur ve kabın dibi dış tarafta olacak şekilde karışım hızlı bir şekilde döndürülür. Merkez kaç kuvveti sıvıda asılı duran katı taneciklerinin sıvının dibinde toplanmasını sağlar. Böylece katı sıvıdan ayrılmış olur. Santrifüjleme için kullanılan araca santrifüj denir. Örneğin, kandaki maddeler plazma sıvısından santrifüjleme ile ayrılır.

Örnek

Temel Yeterlilik Sınavı (TYT)
20 Haziran 2020 Cumartesi