المخاليط
المخلوط مادة غير نقية , ناتجة من خلط مادتين أو أكثر مع بعضها البعض بنسب متغيرة يحددها المستخدم.
المواد المخلوطة تحافظ على صفاتها وصفات الخليط هو مجموع صفات المواد التي تكون منها.
أمثلة:
الهواء خليط من عدة غازات أهمها
النيتروجين بنسبة 78%
الأكسجين بنسبة 20%
الباقي ( 2%) بخار الماء , ثاني أكسيد الكربون , أول أكسيد الكربون وغازات أخرى .
ماء الحنفية - ماء + أملاح
السبائك – خليط من فلزات عادة مع بعضها البعض (أنظر السبائك)
مياه البحر – ماء + أملاح + أسماك + طحالب .....
يقسم الخليط لـ
أ. متجانس وهو الخليط الذي يتشابه في صفاته في جميع أجزائه . بمعنى اذا أخذنا عينة من الخليط وقارنا صفاتها مع عينة أخرى من نفس الخليط من مكان آخر منه لوجدنا نفس الصفات للعيّنتين.
أمثلة لخليط متجانس
محلول ملح الطعام ( ماء + ملح الطعام)
محلول السكر ( ماء + سكر)
الخل – ماء + حامض الأسيتات
ب. غير متجانس – وهو الخليط الذي لا يتشابه في صفاته في جميع أجزائه أو الذي يختلف في صفاته في جميع أجزائه. بمعنى اذا أخذنا عينة من الخليط وقارنا صفاتها مع عينة أخرى من نفس الخليط من مكان آخر منه لوجدنا صفات مختلفة للعيّنتين.
أمثلة:
السلطة : رمل وحجارة , زيت وماء , ملح وزيت , فلفل وسكر ..........
طرق فصل المخاليط
تعتمد طرق الفصل على
نوع الخليط ( متجانس / غير متجانس)
صفات المواد المكونة للخليط بحيث يتم الأعتماد على صفة موجودة لدى احداها وغير موجودة لدى الأخرى.
أ. طرق فصل خليط غير متجانس
1. الألتقاط باليدين
تستعمل هذه الطريقة عند وجود خليط غير متجانس مكوناته مواد جميعها صلبة والصلب فيها يظهر على شكل كتل بحيث يمكن التقاطها باليدين (أو أي وسيلة أخرى مثل ملعقة / شوكة /ملقط..)
أو مادة صلبة كتلة داخل سائل.
أمثلة :
حجارة + ماء
مادة صلبة / كتل
يمكن التخلص من الحجارة بمساعدة الألتقاط باليدين.
السلطة - والتي تتكون من قطع بندورة / خيار / بصل .....
2. استعمال المغناطيس
تستعمل هذه الطريقة عند وجود مادة تنجذب للمغناطيس
مثال: برادة حديد + رمل
ينجذب للمغناطيس لا ينجذب للمغناطيس
عند استعمال المغناطيس في هذه الحالة نفصل بين المادتين .
3. الطفو والترسيب: تقسم هذه الطريقة لقسمين حسب الحالة الطبيعية لمكونات الخليط والأدوات المستعملة في الفصل. ولكن في كلا الحالتين نعتمد على الفرق بكثافة المواد أحدها كثافته أعلى فيرسب والآخر كثافته أقل فيطفو.
أ. استعمال قمع الفصل
وجود خليط غير متجانس مكوناته سوائل لا تذوب داخل بعضها البعض أحدها يطفو (كثافته أقل ) وأحدها يرسب (كثافته أعلى).
للفصل بين مكونات الخليط يستعمل قمع الفصل وهو جهاز يشبه الجرة مع حنفية من الأسفل للتحكم.
داخل الجهاز يوضع الخليط السائل الأخف يطفو ويرتفع لأعلى والأثقل يرسب وينزل لأسفل الوعاء
عندها تفتح الحنفية ويتم جمع السائل الموجود تحت داخل وعاء نظيف بينما السائل الأخف يبقى داخل قمع الفصل.
طرق فصل الخليط المتجانس
نسبيا طرق فصل خليط غير متجانس أصعب من تلك التي لفصل خليط متجانس.
وهذه الطرق هي
أ. التبخير
يتكون الخليط من - سائل + مادة صلبة مذابة داخل السائل
نعتمد على كون السائل يتبخر بشكل أسرع من الصلب وطبعا
المواد لا تغير صفاتها عند عملية التبخير.
يتم تسخين الخليط السائل يتبخر والصلب يبقى في قعر الوعاء.
في هذه الطريقة السائل نفقده اذ يتبخر ويتطاير للهواء.
- صلب مذاب داخل سائل
- سائل مذاب داخل سائل
كما في التبخير نعتمد على الفرق في درجات غليان المواد
وكون المواد لا تتلف نتيجة التسخين.
لأجراء الفصل نستعمل جهاز التقطيروالذي يتكون من جزئين.
الجزء الأول عبارة عن قارورة أو وعاء للتسخين نتيجة لذلك
السائل الذي يغلي أولا يتحول للحالة الغازية تاركا الوعاء.
L ® G
من ثم يتم تحويله ثانية للحالة السائلة بعد تعرضه لسطح بارد
G ® L
وهذا يتم في الجزء الثاني من جهاز التقطير والذي يسمى
بالمكثّف. بعدها يجمع السائل داخل وعاء نظيف.
أي في عملية التقطير نقوم بعمليّتين متتاليتين وكل واحدة تتم في جزء مختلف من جهاز التقطير.
مثال : محلول الستون والماء
للفصل بين مادة الأستون ( وهو سائل في درجة حرارة الغرفة) وبين الماء علما بأن كل مادة منهما تذوب جيدا الواحدة في الأخرى نستغل الفرق بين درجتي الغليان لكل منهما . معلوم أن الأستون يغلي في 56 0C وضغط جوي واحد بينما الماء فيغلي على 1000C وضغط جوي واحد.
نبدأ عملية التسخين حتى تصل درجة الحرارة ال 56 0C وهي درجة غليان الأستون تبقى درجة الحرارة ثابتة مع عملية التسخين ( لماذا) وفي هذه المرحلة يتحول الأستون السائل الى غاز لا يجد منفذا له الا من الأنبوب المار في المكثف عندها يتكاثف مرة أخرى بسبب انخفاض درجة الحرارة في المكثف فيتجمع سائلا في وعاء خاص.
واضح أن الأستون يستمر في عملية التبخر ثم التكاثف طالما كان ميزان الحرارة يشير الى 56 0C . في اللحظة التي يبدأ بها الميزان بقياس درجات حرارة أعلى من فان ذلك يعني أن عملية تقطير الأستون قد انتهت بكاملها وبدأ الماء لوحده في التحرك نحو درجة الغليان. لذلك يتوجب علينا في هذه اللحظة توقيف عملية التسخين وبذلك نكون قد فصلنا الأستون عن الماء.
ج.التبلور
تستعمل هذه الطّريقة لفصل خليط متجانس يتكون من صلب مذاب داخل سائل.
هنا نعتمد على الذائبيةوهي كمية المادة الصلبة المذابة داخل حجم معين من السّائل
أو المذيب عند درجة حرارة معينة .
يتم تبريد الخليط هذه العملية تؤدي الى تقارب جزيئات السائل على بعضها البعض
وطرد جزيئات المادة الصلبة من داخله فتترسب على شكل بلورات (التبلور).
يتم فصل المادة المترسبة بمساعدة الترشيح (أنظر طرق فصل خليط غير متجانس).
بعملية التبلور نقوم بالآتي:
فصل الصلب باحدى طرق الفصل لخليط غير متجانس
مثال : خليط يتكون من ملح الطعام + ماء
صلب يذوب سائل يذوب
خليط متجانس
عند التبريد فان جزيئات الماء تتقارب وتطرد من داخلها جزيئات ملح الطعام فيرسب
بعدها نصفي الخليط الناتج فنحصل على ملح الطعام لوحده والماء لوحده.
د. الكروماتوجرافيا
هنالك العديد من أنواع الكروماتوجرافيا منها عامود الكروماتوجرافيا و TLC .
بهذه الطريقة يمكن فصل مواد صلبة عن بعضها البعض بحيث يتم اذابتها داخل سائل وتحويلها لمحلول (خليط متجانس). أيضا بالأمكان فصل خليط من غازات مع بعضها البعض (بمساعدة جهاز ( GLC /HPLC.
في الكروماتوجرافيا هنالك وسطين:
- وسط متحرك وهي مادة سائلة.
- وسط ثابت مادة صلبة الجل.
في هذه العملية يتم الأعتماد على الألفة التجاذب بين مكونات الخليط الذي نريد فصله وبين الوسطين الساكن والمتحرك.
عامود الكروماتوجرافيا
أنبوب من زجاج له فوّهة وينتهي بفتحة تشبه الحنفية يتم ادخال الجل أولا بعدها يتم ادخال الخليط من فوهة الأنبوب ويتم شطف العامود بمساعدة السائل الذي استعمل لتحضير الخليط المتجانس . المادة ذات الألفة العالية للوسط الساكن ترتبط اليه والمادة ذات الألفة العالية للوسط المتحرك فتسير معه الى أسفل العامود حيث يتم جمعه بأنابيب اختبار .
المادة ذات الألفة الأكبر للوسط السائل تنزل أولا
المادة ذات الألفة الأكبر للوسط الثابت تنزل أخيرا.
مثال
خليط من ملح الطعام والسكر
كلاهما مادة صلبة تذوب في الماء لذا تتم اذابتهما في الماء ومن ثم نحملهما على عامود كروماتوجرافيا يحوي وسط ثابت محب للملح (بالأمكان استعمال وسط ثابت محب للسكر ) بعدها يتم شطف العامود بكميات كبيرة من الوسط المتحرك والذي هو في هذه الحالة الماء.
الملح يعلق على الوسط الثابت بينما السكر المذاب في الماء ينساب بين جزيئات الوسط الثابت ويتم جمعه في أنابيب اختبار. من ثم يتم التخلص من الماء.
لأخراج الملح العالق يتم شطف العامود بكميات كبيرة من الماء.
TLC / الورقة الرّقيقة
يتم وضع الخليط على ورقة رقيقة مغطاة بمادة السليكا (الوسط الثابت) بعدها توضع داخل وعاء يحوي سائل
( الوسط المتحرك) الذي بمساعدته يتم فصل المواد.
السائل يبدأ بالتسلق على الورقة ساحبا معه المادة التي لها ألفة له بينما المادة التي لها ألفة للوسط الثابت فترتبط اليه ولا تقطع مسافة على الورقة.
المادة ذات الألفة الأكبر للوسط المتحرك تقطع مسافة أكبر على ال TLC والعكس صحيح.
المواد المكونة للخليط جزء منها لا يرتبط للوسط الثابت والجزء الآخر يرتبط ولكن بدرجات متفاوتة
المادة التي ترتبط جيدا تخرج آخرا .
المادة التي لا ترتبط للوسط الثابت تنزل أولا من العامود (بفعل الجاذبية) أولا.
باقي المواد التي لم يمتصها الوسط الثابت تسير معالوسط المتحرك بسرعة مختلفة داخل العامود, سرعتها تتعلق بعدة عوامل منها حجم المادة , الترابط بينها وبين الوسط الثابت.
المحاليل
المحلول هو خليط متجانس (راجع أنواع المخاليط) يتكون من
- مذيب وهو المادة الموجودة بأكبر نسبة في المحلول.
- المذاب وهو المادة الموجودة بكمية أقل في المحلول.
بحيث تتداخل جزيئات المذيب والمذاب داخل بعضها البعض.
أنواع المحاليل
المشبع
وهو المحلول الذي يحتوي على كمية المذاب اللازمة لأشباعه تماما.
أي المحلول الذي به الفراغات بين جزيئات المذيب مليئة بجزيئات المذاب ولا مجال لأضافة كمة أخرى من المذاب اذ ترسب أو تطفو (حسب كثافتها) وعندها يتحول المحلول لخليط غير متجانس اي ليس بمحلول.
غير مشبع (تحت الأشباع)
وهو المحلول الذي يلزمه كمية محدودة من المذاب ليتحول لمحلول مشبع . أى هو المحلول الذي يحوي كمية مذاب أقل مما يلزمه للأشباع.
فوق الأشباع
وهو خليط غير متجانس أي ليس بمحلول اذ يحتوي على كمية مذاب أكبر مما يلزم للأشباع.
هنالك عدد هائل من درجات عدم الأشباع ولكن درجة واحدة من الأشباع.
مثال
للحصول على محلول شاي مشبع عند 250C نحتاج 20 gr سكر لكل 100 gr من الشاي.
في هذا المثال فان درجة اشباع الشاي بالسكر هي واحدة عند 250C ولكن كل كمية أقل من الـ 20 gr من السكر فان الشاي يكون غير مشبعا.
لمعرفة اذا ما كان المحلول مشبعا أم لا هنالك حاجة لمعرفة ذائبية المادة المذابة داخل المذيب.
الذائبية (لنرمز لها بالحرف S )
كمية المذاب داخل 100 غرام مذيب (أو النسبة بين كمية المذاب لكمية المذيب) للحصول على محلول مشبع
عند درجة حرارة وضغط معينين.
كما نرى فهنالك تأثير لدرجة حرارة المحلول على درجة الأشباع أيضا للضغط الواقع على المحلول تأثير على درجة الأشباع.
في معظم المحاليل التي بها المذاب سائل أو صلب فأن التسخين (دون تغيير الضغط) يحول المحلول المشبع لغير مشبع . التسخين يبعد جزيئات المذيب عن بعضها البعض , تكبر الفراغات , يصبح بامكاننا اضافة كميات محدودة من المذاب ليتحول ثانية لمشبع عند درجة الحرارة الجديدة.
ترتفع الذائبية (مذاب صلب /سائل) مع ارتفاع درجة حراة المحلول والعكس صحيح.
