جداسازی: هنر بیرون کشیدن اجزا از یک مخلوط
مخلوط چیست و چرا باید اجزای آن را جدا کنیم؟
تقریباً همه مواد در اطراف ما به شکل مخلوط وجود دارند. هوا مخلوطی از گازهای مختلف، آب دریا مخلوطی از آب و نمک و نفت خام مخلوطی پیچیده از صدها ماده است. هدف از جداسازی میتواند بسیار متنوع باشد: تهیه آب شیرین از آب شور دریا، بازیافت کاغذ از زبالههای شهری، استخراج دارو از گیاهان یا حتی جدا کردن پروتئین از سرم خون برای تشخیص بیماری.
پایه و اساس همه روشهای جداسازی، اختلاف در ویژگیهای فیزیکی اجزای تشکیلدهنده مخلوط است. این ویژگیها میتوانند شامل اندازه ذرات، چگالی، نقطه جوش، حلالیت، خاصیت مغناطیسی و بسیاری موارد دیگر باشد. اگر دو ماده هیچ اختلاف فیزیکی نداشته باشند، جداسازی آنها با روشهای فیزیکی غیرممکن است.
شناسایی دشمن: مخلوط همگن در برابر ناهمگن
اولین قدم برای انتخاب روش صحیح جداسازی، تشخیص نوع مخلوط است. مخلوطها را بر اساس یکنواختی به دو دسته اصلی تقسیم میکنند.
| ویژگی | مخلوط ناهمگن5 | مخلوط همگن6 (محلول) |
|---|---|---|
| تعریف | اجزای تشکیلدهنده قابل تشخیص با چشم یا میکروسکوپ هستند. | اجزا در سطح مولکولی با هم مخلوط شده و یک فاز یکنواخت ایجاد میکنند. |
| مثال | ماسه و نمک، سالاد، آب و روغن، گرانیت (سنگ خارا) | آب و نمک حل شده، هوا، آلیاژهایی مثل برنج (مس و روی) |
| سختی جداسازی |
معمولاً سادهتر، با روشهای فیزیکی مانند صاف کردن.
آسانتر
|
معمولاً پیچیدهتر، نیاز به روشهایی مانند تقطیر یا تبلور دارد.
پیچیدهتر
|
فنآوریهای جداسازی: از الک تا دستگاه تقطیر
روشهای جداسازی بسیار متنوع هستند. انتخاب روش به نوع مخلوط (همگن یا ناهمگن) و اختلاف ویژگی فیزیکی اجزا بستگی دارد. در ادامه، مهمترین روشها را بررسی میکنیم.
| نام روش | اصل کار (اختلاف در...) | کاربرد عملی | نوع مخلوط |
|---|---|---|---|
| صاف کردن (فیلتراسیون)7 | اندازه ذرات | جدا کردن شن از آب، تهیه قهوه، تصفیهخانه آب | ناهمگن (جامد-مایع) |
| تقطیر8 | نقطه جوش ($T_b$) | تهیه آب مقطر، تولید سوخت از نفت خام، تولید نوشیدنیهای الکلی | همگن (مایع-مایع) |
| سانتریفیوژ (گریزانه)9 | چگالی ($\rho$) | جدا کردن سلولهای خون، تهیه ماست کیسهای، خشککردن لباس در ماشین لباسشویی | ناهمگن (ذرات ریز در مایع) |
| تبلور (بلورسازی)10 | حلالیت | تهیه شکر از عصاره نیشکر، تولید نمک خوراکی از آب دریا | همگن (جامد حل شده در مایع) |
| جداکننده مغناطیسی | خاصیت مغناطیسی | جدا کردن براده آهن از شن، بازیافت زبالههای فلزی | ناهمگن (جامد-جامد) |
جداسازی در عمل: از آشپزخانه تا صنایع بزرگ
بیایید چند مثال عملی از زندگی را مرور کنیم که در آنها ناخواسته یا خواسته، از فرآیند جداسازی استفاده میکنیم.
مثال ۱ (صاف کردن): وقتی چای را با صافی میریزید، در واقع برگهای چای (جامد) را از مایع چای جدا میکنید. این یک فیلتراسیون ساده است. در مقیاس بزرگتر، تصفیهخانههای آب از لایههای مختلف شن و ماسه و فیلترهای کربنی برای جداسازی ذرات ریز و باکتریها از آب استفاده میکنند.
مثال ۲ (تقطیر): در یک آزمایشگاه مدرسه، میتوان با یک دستگاه تقطیر ساده، آب خالص را از آب نمک به دست آورد. آب (با نقطه جوش 100 °C) بخار میشود و در کندانسور خنک شده و به مایع تبدیل میشود، در حالی که نمک (با نقطه جوش بسیار بالاتر) در ظرف اولیه باقی میماند. صنعت نفت از برجهای تقطیر غولپیکری استفاده میکند که نفت خام را به بنزین، نفت سفید، گازوئیل و قیر تجزیه میکند.
مثال ۳ (سانتریفیوژ): در آزمایش خون، لوله حاوی خون در دستگاه سانتریفیوژ قرار میگیرد. با چرخش سریع، اجزای سنگینتر خون مانند گلبولهای قرمز به انتهای لوله رانده میشوند و پلاسمای خون (جزء سبکتر) در بالا جمع میشود. به این ترتیب به راحتی میتوان پلاسما را برای آزمایشهای بیشتر جدا کرد.
پرسشهای متداول و تصورات نادرست
پاورقی
1 جداسازی (Separation)
2 مخلوط (Mixture)
3 انواع مخلوط (Types of Mixtures)
4 روشهای رایج (Common Methods)
5 مخلوط ناهمگن (Heterogeneous Mixture)
6 مخلوط همگن (Homogeneous Mixture) یا محلول (Solution)
7 صاف کردن یا فیلتراسیون (Filtration)
8 تقطیر (Distillation)
9 سانتریفیوژ یا گریزانه (Centrifuge)
10 تبلور یا بلورسازی (Crystallization)
