مخلوط ناهمگن: جهانِ درهم و پاشیدهی اطراف ما
شناسنامهی یک مخلوط ناهمگن: ویژگیهای کلیدی
برای اینکه بتوانیم یک مخلوط ناهمگن را به راحتی تشخیص دهیم، باید با مهمترین ویژگیهای آن آشنا شویم. این ویژگیها مانند شناسنامهی این مخلوطها عمل میکنند.
- عدم یکنواختی: اصلیترین ویژگی. اگر از نقاط مختلف یک نمونه برداریم، ترکیب و نسبت مواد سازنده متفاوت خواهد بود. مثلاً یک قاشق از بالای ظرف سوپ جو ممکن است بیشتر آب باشد، اما قاشقی از ته ظرف پر از جو و سبزی باشد.
- قابل تشخیص بودن اجزا: در بیشتر موارد میتوان با چشم غیرمسلح یا میکروسکوپ، ذرات یا قطرات هر یک از مواد را از هم تمایز داد. مانند دانههای شن و ماسه در خاک.
- مرز فیزیکی مشخص: بین بخشهای مختلف مخلوط مرز مشخصی وجود دارد. این مرز میتواند بین دو مایع (مثل آب و روغن)، بین جامد و مایع (مثل یخ در نوشابه) یا بین جامد و گاز (مثل دود) باشد.
- نپذیرفتن نور: مخلوطهای ناهمگن معمولاً کدر هستند و نور را از خود عبور نمیدهند (مثل شیر کامل) یا به صورت نامنظم پراکنده میکنند.
دستهبندی مخلوطهای ناهمگن: از سوسپانسیون تا کلوئید
مخلوطهای ناهمگن خود به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. این دستهبندی بر اساس اندازهی ذرات پراکندهشونده و پایداری مخلوط انجام میشود. جدول زیر این دستهبندی را به وضوح نشان میدهد.
| نوع مخلوط | اندازه ذرات | مشخصات و رفتار | نمونههای آشنا |
|---|---|---|---|
| سوسپانسیون3 | بزرگتر از 1000 نانومتر (1 میکرومتر) | ذرات با چشم دیده میشوند. ناپایدار هستند و پس از مدتی تهنشین میشوند. نور را کاملاً مسدود یا پراکنده میکنند. | آب و گل، شربت خاکشیر، ماسه در آب |
| کلوئید4 یا محلول ناهمگن | بین 1 تا 1000 نانومتر | ذرات با چشم دیده نمیشوند اما با میکروسکوپ قوی قابل مشاهدهاند. پایدار هستند و تهنشین نمیشوند. نور را پراکنده میکنند (پدیدهی تیندال5). | شیر، مه، دود، خامه، ژله، خون |
| مخلوطهای درشتنما | خیلی بزرگ (در حد سانتیمتر) | اجزای کاملاً مجزا و به راحتی قابل جداسازی فیزیکی هستند. هیچ پایداری از خود نشان نمیدهند. | سالاد، آجیل، سنگ گرانیت، خوراک لوبیا |
مهم است بدانید که مرز بین این دستهها مطلق نیست. برای مثال، اگر ذرات یک سوسپانسیون به اندازهی کافی ریز شوند، میتوانند به یک سیستم کلوئیدی تبدیل شوند. رابطهی بین اندازهی ذره و رفتار نور را میتوان به صورت ساده بیان کرد: هرچه ذرات بزرگتر باشند، نور بیشتر $ \text{پراکنده} \rightarrow \text{کدورت} $ و هرچه ریزتر باشند، نور کمتر $ \text{پراکنده} \rightarrow \text{شفافیت} $.
روشهای جداسازی: چطور اجزا را از هم جدا کنیم؟
یکی از مهمترین مباحث در مورد مخلوطهای ناهمگن، روش جداسازی اجزای آنهاست. انتخاب روش صحیح به حالت فیزیکی مواد و اندازهی ذرات بستگی دارد.
- صاف کردن (فیلتراسیون): برای جدا کردن جامد از مایع. مانند جدا کردن تفالهی چای با صافی یا جدا کردن شن از آب با کاغذ صافی در آزمایشگاه. در این روش اندازهی منافذ صافی باید از ذرات جامد کوچکتر باشد.
- سرریز کردن یا دکانته: وقتی جامد تهنشین شده (مانند خاک در آب). مایع رویی را به آرامی خالی میکنیم. مثل جدا کردن آب از برنج پس از پخت.
- سانتریفیوژ: با چرخش سریع، نیروی گریز از مرکز زیادی ایجاد میشود که ذرات سنگینتر را به ته ظرف میراند. این روش برای جداسازی سریع سلولهای خونی از پلاسما یا تهنشین کردن نشاسته استفاده میشود.
- مغناطیس: برای جدا کردن مواد مغناطیسی (مانند آهن) از مواد غیرمغناطیسی. مثلاً جدا کردن برادهی آهن از مخلوط با خاک اره.
- دست چینی: سادهترین روش برای مخلوطهای درشتنما که با دست قابل تشخیص هستند. مانند جدا کردن پسته از بادام در یک کاسه آجیل.
کاربردهای مخلوط ناهمگن: از آشپزخانه تا صنعت
این مخلوطها فقط موضوعی کتابی نیستند، بلکه پایهی بسیاری از فرآیندها و محصولات اطراف ما هستند.
در آشپزی، بیشتر غذاها مخلوط ناهمگن هستند. سوپ، سالاد، خورشت و حتی سس مایونز (یک امولسیون کلوئیدی) همگی مثالهای عینی هستند. عمل همزدن مداوم سس مایونز در حین تهیه، برای ایجاد و پایدار کردن ذرات ریز روغن در آب (یا سرکه) است و از جدا شدن آنها (دو فاز شدن) جلوگیری میکند.
در صنعت ساختمان، بتن یک مخلوط ناهمگن حیاتی است که از سیمان، آب، ماسه و شن تشکیل شده. دوغاب سیمان (کلوئید) ذرات ریز را پوشش میدهد و ذرات درشتتر (شن) را به هم میچسباند و سازهای مستحکم میسازد.
در پزشکی، بسیاری از شربتهای دارویی سوسپانسیون هستند تا مادهی مؤثره به صورت معلق در شربت باقی بماند و هر قاشق حاوی دوز مناسبی از دارو باشد. به همین دلیل روی بطری این داروها همیشه نوشته میشود: قبل از مصرف به خوبی تکان دهید.
پرسشهای مهم و اشتباهات رایج
پاسخ: هوای پاک یک مخلوط همگن (گاز در گاز) است زیرا اجزای آن مانند نیتروژن و اکسیژن به طور یکنواخت در هم آمیختهاند. اما مه یک مخلوط ناهمگن از نوع کلوئید است (قطرات ریز مایع آب در گاز هوا).
پاسخ: تفاوت اصلی در یکنواختی یا عدم یکنواختی ترکیب در نقاط مختلف است. یک اشتباه رایج این است که فکر میکنیم اگر مخلوط شفاف باشد حتماً همگن است. اما بسیاری از کلوئیدها (مثل آب آهک رقیق) ممکن است شفاف به نظر برسند ولی با تابش نور لیزر (پدیده تیندال) ناهمگن بودن آنها ثابت میشود. از طرفی، یک مخلوط کاملاً یکنواخت و شفاف مانند آب نمک، همگن است.
پاسخ:بله، این یکی از مهمترین تفاوتهای مخلوط (اعم از همگن و ناهمگن) با ترکیبهای شیمیایی است. در مخلوطها، مواد خواص شیمیایی خود را حفظ میکنند و میتوان با روشهای فیزیکی مانند صاف کردن، تبخیر، تقطیر یا دست چینی آنها را از هم جدا کرد. برای مثال میتوان نمک را از آب دریا (مخلوط همگن) با تبخیر یا شن را از آب گلآلود (مخلوط ناهمگن) با صاف کردن جدا نمود.
پاورقی
1 مخلوط ناهمگن (Heterogeneous Mixture)
2 فاز (Phase): بخشی از یک سیستم که در تمام قسمتهای خود خواص فیزیکی و شیمیایی یکسانی دارد و از دیگر بخشها با یک مرز مشخص جدا شده است.
3 سوسپانسیون (Suspension)
4 کلوئید (Colloid)
5 پدیده تیندال (Tyndall Effect): پراکندگی نور در هنگام گذر از یک محیط کلوئیدی که مسیر نور را به صورت یک مخروط نورانی آشکار میکند.
