Bilgiustam
Türkiye'nin Bilgi Sitesi

Karışımlardaki Maddeleri Ayırma Yöntemleri

0 3.564

Çevremizde gördüğümüz maddeler çoğu zaman saf halde değildir. Temel olarak iki veya daha fazla maddenin bir karışımıdır. Bir karışım katılar, sıvılar ve/veya gazlar içerebilir. Bir karışımdaki bileşenler kimyasal olarak birleştirilmez, sadece karıştırılır. Bu, onları ayırmak için kimyasal reaksiyonlar kullanılması gerekmediği anlamına gelir. Karışımlar yalnızca fiziksel yöntemlerle ayrılabilir.
Ayırma, genellikle istenmeyen tüm malzemeleri çıkarmak ve faydalı bileşenler elde etmek için yapılır. Karışımların bileşenlerine ayrılması amacına yönelik olarak bilim insanları, ham petrolün rafine edilmesini, suyu tuzdan arındırılmasını ve hatta hücresel DNA’nın çıkarılmasını sağlayan gelişmiş ayırma teknikleri geliştirmişlerdir.

Fiziksel Ayırma Yöntemleri

Farklı niteliklere sahip olduğundan bir madde karışımının ayrılmasında kullanılan çeşitli ayırma teknikleri vardır.
Karışımlar fiziksel ayırma yöntemleri olan elle toplama (ayıklama) , tokaçlama, savurma, ayırma hunisi kullanma, eleme, aktarma, mıknatısla ayırma, süzme (filtrasyon), ayırma hunisi kullanma, buharlaştırma, damıtma (distilasyon), ayrımsal damıtma, santrifüjleme, diyaliz işlemi ve kromatografi ile ayrılır.
-Bazı maddeler mıknatıstan ve elektrikten etkilenme özellikleri ile ayrılabilir. Ayıklama, tokaçlama, eleme, süzme, santrifüjleme yöntemleri tanecik boyutlarının farklı olmasına dayanır. Savurma, ayırma hunisi, yüzdürme (flotasyon), çöktürme, santrifüjleme, aktarma (dekantasyon) yöntemlerinde yoğunluk farkından yararlanılır. Damıtma ile ayırmada karışımdaki maddelerin kaynama noktalarının farklılığı, buharlaştırma ile ayırmada erime ve hal değiştirme sıcaklıklarının farklılığı kullanılır. Özütleme (ekstraksiyon), kristallendirme, ayrımsal kristallendirme ile ayırma yöntemleri çözünürlük farklarına dayanır.

Mıknatısla Ayırma

Karışımlardaki Maddeleri Ayırma YöntemleriKarışımdaki bir madde bazı manyetik özelliklere sahip olduğunda, bu yöntem oldukça kullanışlıdır. Biri manyetik (kobalt, nikel, demir gibi), diğeri manyetik olmayan iki maddeden oluşan bir karışım bu yolla ayrılabilir. Güçlü mıknatıslar, manyetik elemanları ayırmak için yaygın olarak kullanılır. Örneğin demir tozu ile kükürt tozu ya da kum ile demir birbirine karışmışsa bir mıknatıs yaklaştırılarak demir tozları yani manyetik tanecikler çekilir, geriye kükürt tozları kalır. Bu yöntemle çöplerin arasındaki demirler ayrılabilir.

Elektriklenme ile Ayırma

Cam, ebonit ve plastik çubuklar sürtünme yoluyla elektriklenebilir. Bazıları hafif, bazıları ise ağır taneciklerden oluşan heterojen bir karışımdaki maddeler elektrik ile yüklenmiş bir çubukla ayrılabilir. Karabiber ile tuzun oluşturduğu bir karışımdaki hafif parçacıklar olan karabiber tanecikleri bu yolla ayrılabilir.

Elle Toplama ya da Ayıklama

Bu yöntem, tüm istenmeyen maddelerin elle toplanmasını ve yararlı olanlardan ayrılmasını içerir. Ayrılan maddeler, atılması gereken bir safsızlık (yabancı maddeler) olabilir veya belki de ayrılan maddelerin her ikisi de faydalıdır. Örneğin, bir sepetteki birbirine karışık olan siyah ve yeşil üzümler, elma ve portakallar elle toplanarak birbirinden ayrılabilir.

Tokaçlama

Bu yöntem çoğunlukla mahsullerin hasadı sırasında yapılır. Normalde buğdayın sapları hasat edildikten sonra kurutulur. Tahıl daha sonra saplardan ayrılır ve kuru taneleri silkelemek için kuru saplar dövülür.

Savurma

Tokaçlama işleminden sonra toplandığında, un haline getirilmeden önce buğday gibi tahılların kabuk ve samanlardan arındırılması gerekir. Normalde karışımın ayrılması rüzgâr yardımıyla gerçekleştirilir. Çiftçiler karışımı belirli bir yükseklikten yere düşürdüklerinde, kabuk ve saman (yoğunluğu daha küçük olan parçalar ) kuvvetli rüzgârla uçurulur, uzağa gider, daha ağır taneler yakına düşer.

Ayırma Hunisi Kullanma

Ayırma hunisi esas olarak iki karışmaz sıvıyı (heterojen karışımı) ayırmak için kullanılır. Mekanizma, karışımdaki parçacıkların eşit olmayan yoğunluğundan yararlanmayı içerir. Yağ ve su, benzin ve su bu teknik kullanılarak bileşenlerine kolayca ayrılabilir. İlk önce yoğunluğu fazla olan sıvı ayrılır.

Aktarma (Dekantasyon)

Bir sıvıda bulunan katı parçacıkların dibe çökmesi beklenir, daha sonra üstteki sıvı dikkatlice ve ortamı bulandırmadan farklı bir kaba aktarılır. Bu yöntemle kumlu ya da çamurlu suyu ayırmak mümkündür fakat ayrılma yüzde yüz olamaz. Az miktarda sıvı, çöken parçacıkların üzerinde kalabilir, çökmüş parçacıkların bir kısmı da aktarılan sıvıya karışabilir.

Yüzdürme (Flotasyon)

Bu işlemin uygulanabilmesi için karışımdaki bazı parçacıkların hafif ve suda çözünmeyen türde olması gerekir. Bu tür parçacıklar suyun üst yüzeyine çıkartılır.

Eleme

Çoğunlukla farklı boyutlarda maddeler içeren karışımları ayırmak için yapılır. Karışım elek veya kalburun gözeneklerinden geçirilir. Karışımın daha büyük bileşenleri geride kalırken, daha küçük parçacıklar kolayca elekteki açıklıklardan geçerek aşağıya düşer.Karışımlardaki Maddeleri Ayırma Yöntemleri

Filtreleme (Süzme)

Bir karışımdaki parçacıklar bir elek tarafından yakalanamayacak kadar küçük olduğunda ve karışımın bileşenleri farklı durumlardayken bir filtre ile süzerek ayrılabilir. Filtreleme ya da süzme temel ev aletleri kullanılarak yapılabilecek en basit ayırma yöntemidir. Filtrasyon ayrıca sedimantasyon olarak da adlandırılır. Normalde filtreleme kâğıdı veya diğer malzemeler gibi çeşitli filtreleme maddeleri kullanılır. Filtre deliği boyutu, filtrede hangi malzemelerin tutulacağını ve hangilerinin içinden geçtiğini belirler. Karışım yavaşça filtre kâğıdına damlatılır, kâğıt sıvının geçmesine izin verir ancak katıları geride bırakır, böylece ikisini birbirinden ayırır. Kumlu sudaki kum ve su birbirinden bu yolla ayrılır. Filtrasyon burada katı parçacıkları sıvıdan uzaklaştırmak için kullanılır. Filtre kâğıdından geçen berrak sıvıya süzüntü, filtre kâğıdında geride kalan parçacıklara ise tortu denir. Günlük yaşamda katıların pişirildikleri sıvılardan, örneğin kaynatıldıktan sonra makarnanın tenceredeki sudan ayrılmasında da süzme işlemi uygulanır. İnsanlar tozlu veya dumanlı ortamlarda çalışmak zorunda kaldığında toz maskesi veya duman maskesi takarlar. Maske bir filtre görevi görür. Minik toz parçalarını geçirmez. Gaz maskeleri de benzer amaçla kullanılır. İçerdiği filtre zararlı gazları geçirmez. Çok ince filtre katmanları, zararlı maddeleri ve toz veya duman parçacıklarını hapseder, böylece yalnızca temiz hava içeri girer.
Sterilizasyon, endüstriyel bir filtrasyon uygulamasına örnektir. Bir çözeltideki bakteriyel kontaminasyonu gidermek için çözelti bir filtreden geçirilir. Mikroorganizmalar filtrede tutulur, daha küçük çözelti molekülleri ise geçer. Mikrofiltrasyon olarak da adlandırılan bu işlem (moleküllerin nispeten küçük boyutu nedeniyle), çözeltinin molekülleri üzerindeki potansiyel zararlı etkileri nedeniyle ısıtma veya ultraviyole radyasyon gibi diğer teknikler uygulanamaz olduğunda sterilizasyon için kullanılır.
Boyutu 100 nanometreyi geçmeyen (milimetrenin binde birinden küçük) daha küçük molekülleri bile filtrelemek için nanofiltrasyon olarak bilinen bir işlem kullanılır. Bu işlemin temel özelliği gözenek boyutu değil, moleküller arasında iş başında olan ve molekülün boyutu küçüldükçe önemi artan elektriksel kuvvetlerdir. Nanofiltrasyonun bir örneği, tuzdan arındırma için kullanılan ters ozmozdur. Ters ozmozda, suyun içinden geçmesine izin veren ancak çözünmüş parçacıkların geçişine izin vermeyen seçici bir zar kullanılır. Suyun doğal akışını tersine çevirmek için basınç uygulanır ve daha konsantre çözeltiden daha zayıf olana geçmeye zorlanır. Böylece bir tarafta tuzlar ve kirleticiler, diğer tarafta temiz su yoğunlaşır.

Buharlaştırma

Buharlaştırma, genellikle bir çözeltideki katıların ayrılmasında kullanılan bir tekniktir. Bu yöntemde çözelti, organik çözücü buharlaşıp gaza dönüşene ve çoğunlukla katı kalıntıyı geride kalıncaya kadar ısıtılır. Tuzlu su ve kum karışımı bir filtreden dökülürse, tuzlu su geçer ve kumu geride bırakır. Filtreden geçen tuzlu suyun içinden tuzu ayırmanın iki yolu vardır. Birincisi buharlaştırmadır. Biraz zaman alabilir ancak sonunda su buharlaşır ve tuz geride kalır. Buna bazen kristalleşme denir çünkü su buharlaştıkça katı tuz kristalleri oluşur. Buharlaşma, güvenli içme suyu oluşturmak için de kullanılabilir. Buharlaşan su serin bir yüzeyde toplanır ve kaynama kabındaki safsızlıkları geride bırakır. Buharlaştırma yönteminde, çözeltiyi sıvı kalmayıncaya kadar bir kapta kaynatarak, buharı toplayarak ve su buharını tekrar bir sıvıya yoğunlaştırmak için bir kondansatör kullanılır. Bu işlem katıyı ilk haznede bırakır ve sıvıyı ayrı bir hazneye ayırır.
Deniz suyundan buharlaştırma yoluyla sofra tuzu elde edilebilir. Tuzlalar, tuzlu suyun bir kuru tuz tabakası bırakmak için buharlaştığı sığ barajlardır. Deniz suyu sığ tuzlalarda bekletildiğinde güneş ışığı ile ısınır ve su, buharlaşma yoluyla yavaş yavaş su buharına dönüşür. Su tamamen buharlaştıktan sonra geriye katı tuz kalır. Buharlaştırma yöntemi ile şeker ve su çözeltisinin bileşenleri de birbirinden ayrılabilir.

Damıtma

Karışımlardaki Maddeleri Ayırma Yöntemleri

Karışımlar iki veya daha fazla saf sıvıdan oluştuğunda damıtma kullanılır. Damıtmada, bir sıvı karışımın bileşenleri, kaynama sıcaklıklarındaki farklılıklara dayanılarak ayrılır. En basit haliyle, damıtma, karışımın kaynatılmasını ve buharın bir yoğuşma kabında toplanarak tekrar sıvıya dönüşmesini içerir. Bu teknikte kullanılan aparata imbik denir. Ortaya çıkan ilk buharlar, kaynama noktası en düşük olan maddenin buharlarıdır. Kaynama devam ettikçe, bir sonraki maddenin buharları farklı bir yoğuşma kabında tutulur ve bu böyle devam eder. Bu teknik genellikle organik kimyada sıvı karışımları ayırmak için kullanılır. Bir bileşenin ne zaman kaynamayı bitirdiğini ve diğerinin ne zaman başladığını bulmak için karışımın sıcaklığı sürekli olarak izlenmelidir. Bir maddenin kaynaması sırasında, karışımın sıcaklığı o maddenin kaynama noktasında kalır ve ardından hızla artmaya devam edecektir.
Deniz suyundaki su ve tuzun birbirinden ayrılması için buharlaştırma yönteminden başka damıtma yöntemi kullanılabilir. Deniz suyu damıtma şişesine koyulur. Daha sonra su buharı üretmek için deniz suyu kaynatılır. Su buharı şişenin üstüne yükselir ve yoğunlaştırıcıya geçer. Yoğunlaştırıcı, daha büyük bir cam tüp içindeki başka bir cam tüpten oluşur. Yoğunlaştırıcı, borular arasındaki boşluktan soğuk su akabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, iç borunun yüzeyini soğutur. Su buharı bu soğuk yüzey nedeniyle yoğunlaşır ve alıcı şişeye akar. Tuz buharlaşmadığı için damıtma şişesinde geride kalır.

Fraksiyonel (Ayrımsal) Damıtma

Damıtma, örneğin su ve etanol gibi farklı kaynama noktalarına sahip iki sıvıyı ayırmanın da en iyi yoludur. Prensip tamamen aynıdır, ancak karışım bir kereden fazla damıtılır. İki sıvının karışımı damıtma şişesine yerleştirilir ve en düşük kaynama noktasına kadar ısıtılır. Bir etanol/su karışımı durumunda, bu sıcaklık etanolün kaynama noktası, yani 78 santigrat derece olacaktır. Bu kaynama noktasına sahip tüm sıvı buharlaşacak, yoğunlaştırıcıda yoğunlaşacak ve alıcı şişeye geçecektir. Kaynama noktası daha yüksek olan sıvı damıtma şişesinde kalacaktır.
Ham petrol, bazıları motorlar yakıtı olarak kullanılan ve diğerleri plastik veya başka bileşiklerin imalatında kullanılan çok sayıda karbonhidratın (hidrojen ve karbondan oluşan bileşikler) bir karışımıdır. Bu bileşenler damıtma işlemi ile ayrılır. Ham petrolün damıtılması, yağın fraksiyonlara (farklı kaynama sıcaklık aralıklarına sahip madde gruplarına ) ayrıldığı, ayırmanın ilk adımını oluşturan bu prensibe dayanmaktadır. Daha sonra distilatların (damıtma ürünlerinin) kalitesini artırmak amacıyla kimyasallar eklenir. Ham petrolün ilk damıtılmasıyla üretilen birincil fraksiyonlar, otomobil motorları için benzen oluşturmak ve plastik endüstrisi için bir hammadde olarak kullanılan nafta; jet motorları için yakıt oluşturmak amacıyla kullanılan kerosen; dizel motorlara güç sağlamak için kullanılan dizel yakıt (mazot) ve güç ya da enerji santralleri yakıtı olarak kullanılan fuel oil ya da akaryakıttır.

SantrifüjlemeKarışımlardaki Maddeleri Ayırma Yöntemleri

Sedimantasyon ya da çöktürme, sıvıda bulunan daha ağır safsızlıkların (katışkıların) normalde su karışımını içeren kabın dibine çöktüğü bir işlemdir. Süzülerek ayrılamayan karışımlardaki parçacıklar bu yolla ayrılabilir. İşlem için bir santrifüj makinesi kullanılır. Cihazın tüpüne koyulan karışım hızla, yüksek devirde döndürülür. Merkezkaç kuvveti nedeniyle ağır katı parçacıklar dibe çöker, hafif parçacıklar tüpün üst tarafında kalır. Emülsiyonların ve süspansiyonların içindeki parçacıklar bu yolla kolayca ayrılabilir. Laboratuvarlarda, kandaki parçacıklar da santrifüjleme yoluyla ayrılabilir.

Diyaliz

Çok küçük parçacıklar içeren karışımlar santrifüjle ayrılamaz. Bu durumda diyaliz yöntemi kullanılır. Bu yöntemde parçacıkların ayrılması için koloidal karışımlar gözenekli yapıya sahip zarlardan geçirilir. Bu zarlar yarı geçirgendir, bazı parçacıkları geçirir, diğer bazılarını ise geçirmez. Karışım bu yolla ayrılmış olur. Böbrek yetmezliği sorunu yaşayanlarda kandaki zararlı maddelerin temizlenmesi ve vücuttan uzaklaştırılması için diyaliz makineleri kullanılır. Kanın bu makineler ile temizlenmesine hemodiyaliz denir.

Ekstraksiyon ya da Özütleme

Ekstraksiyonda, çözücüsünden bir çözünen madde ekstrakte edilir. Sıvı ekstraksiyonunda iki karışmaz (karışmayan) sıvı faz kullanılır. Sulu bir fazda çözünmüş bir organik madde (yani karbon bazlı bir bileşik), özütlendiği organik bir faza hareket eder veya tam tersi, madde organik fazdan özütlendiği sulu faza hareket eder. Ekstraksiyon işleminin bir örneği, biyolojik bir numunedeki proteinlerden DNA’nın ayrılmasıdır. Ekstraksiyon işleminde, sulu bir biyolojik numune iki organik bileşikle (fenol ve kloroform) karıştırılır ve daha sonra sulu fazı organik fazdan ayırmak için tüm karışım santrifüjlenir. DNA daha hafif sulu fazda kalırken, proteinler daha ağır organik faza geçer. Çay demleme, ayçiçeği bitkisinin çerez olarak da tüketilen çekirdeklerinden ya da zeytinden yağ, şeker pancarlarından şeker elde edilmesi, parfüm, kozmetik ürün ya da ilaç üretmek için birçok bitkinin özlerinin elde edilmesi için özütleme yöntemi kullanılır.

Kromatografi

Karışım birbirinden ayrılması gereken üçüncü bir madde içeriyorsa farklı bir ayırma tekniği kullanılır. Kromatografi, sadece bileşikleri ayırmayı değil, aynı zamanda bunları tanımlamayı ve miktarlarını belirlemeyi sağlayan analitik bir kimya yöntemidir. Bu nedenle bilimsel araştırmalarda, ilaç endüstrilerinde ve adli tıpta önemli bir araçtır. Kromatografi kelimesi, yapraklara yeşil rengini veren klorofil üzerinde çalışan bir Rus-İtalyan botanikçi olan Mikhail Tsvet tarafından geliştirildiği için kromo veya “renk” ve grafi veya “yazı” dan gelmektedir.
Sık kullanılan iki tip yüzey kromatografisi, kağıt kromatografisi ve TLC yani ince tabaka kromatografisidir. Tüm kromatografi türleri aynı prensibe (bir sıvı veya gaz içinde çözünen veya kendisi sıvı veya gaz olan bir karışımdaki maddeleri, kromatografi için kullanılan yüzey veya kolon ile kimyasal etkileşimlerine göre ayırmak) dayanır. Bu yüzey ‘sabit faz’, karışımın içinde çözüldüğü sıvı veya gaz ise ‘hareketli faz’ olarak adlandırılır. Durağan fazdaki farklı bileşenler arasındaki etkileşimlerin kuvveti, hareketli fazından farklı olduğundan bileşenler, sabit faz boyunca farklı noktalara ulaşarak değişen hızlarda hareket edecek ve böylece ayrılacaktır.
Kağıt kromatografisinde, sabit faz, üzerine karışımın küçük bir damlasının uygulandığı selülozdan yapılmış ince bir kağıt şerittir. Kâğıt, kılcal kuvvet nedeniyle kâğıda ‘tırmanan’ su veya etanol gibi bir sıvıya batırılır. Sıvı karışıma ulaştığında, karışımın bileşenlerini de beraberinde sürükler. Kâğıtla güçlü etkileşimler oluşturan karışım bileşenleri kâğıda yavaşça tırmanırken, kâğıtla zayıf etkileşimler oluşturan maddeler hızla tırmanacaktır. Son ürün, her noktanın karışımın farklı bir bileşenini temsil ettiği bir nokta dizisidir.
Kromatografi yöntemiyle renkli maddeler tek tek pigmentlerine ayrılabilir. Bir kâğıt üzerindeki mürekkep ıslandığında kâğıda yayılır. Çoğu mürekkep, onlara doğru rengi vermek için bir araya getirilmiş farklı pigmentlerin bir karışımıdır. Pigment, malzemelere renk veren bir kimyasaldır. Bir karışım renkli bileşikler içerdiğinde, kromatografi adı verilen bir ayırma yöntemi kullanılarak farklı bileşenleri ayırmak çoğu zaman mümkündür. Kâğıt kromatografisinde sıvı, kâğıt liflerinden çekilir. Mürekkepteki pigmentler sıvı tarafından taşınır fakat farklı bileşikler oldukları için farklı hızlarda yukarıya doğru taşınırlar. Bu, kromatogramda farklı renklerde bantlar olarak görünmelerine neden olur. Pigmentler, özelliklerindeki farklılıklar nedeniyle farklı hızlarda taşınır. Büyük pigment parçacıkları daha yavaş hareket etme eğilimindedir. Ayrıca, sıvı içinde iyi çözünen parçacıklar sıvı içinde kalma ve hızla yukarıya taşınma eğilimindeyken, kâğıda iyi bağlanan parçacıklar daha yavaş hareket etme eğiliminde olacaktır.
İnce tabaka kromatografisi benzer bir prensibe dayanmaktadır ancak bu durumda, durağan ya da sabit faz cam, alüminyum kâğıt ya da silika veya alüminyum oksit gibi emici bir malzeme ile kaplanmış plastikten yapılır. Bu yöntem kâğıt kromatografisinden daha hızlı ve daha doğrudur ve bir malzemenin saflığını değerlendirmek ve bir karışımdaki bileşen miktarlarının ilk testi için organik kimyada yaygın olarak kullanılır.

Kaynakça:
https://byjus.com/chemistry/methods-of-separation/
https://intl.siyavula.com/read/science/grade-7/separating-mixtures/07-separating-mixtures?id=toc-id-4
https://www.dersteknik.com/2011/09/karisimlarin-ayristirilmasi-kimya-dersi.html
https://kimyabudur.com/karisim-ayirma-teknikleri/

Yazar: Müşerref Özdaş

Bunları da beğenebilirsin
Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.