Homojen Karışımları Ayırma Yöntemleri Nelerdir? Nasıl Ayrılırlar?

Homojen karışımları ayırma yöntemleri nelerdir? Homojen karışımlar malzemelerin hangi özellikleri kullanarak nasıl ayrılırlar, örnekler.

Homojen Karışımları Ayırma Yöntemleri

Homojen karışımlarda (çözeltilerde) maddeler birbiri içinde çözünmüştür. Bu nedenle, çözeltileri bileşenlerine ayırmak için heterojen karışımlardakilerden farklı yöntemler kullanılır. Heterojen karışımları ayırmada kullanılan yöntemler, genellikle maddelerin hâl değişim sıcaklıkları, çözünürlük gibi fiziksel özelliklerine dayanır. Homojen karışımlarda ise bu yöntemlerin daha ileri tekniklerle uygulanması gerekir.

A. Kaynama Sıcaklıkları Farkını Kullanarak Ayırma

Saf maddelerin erime ve kaynama noktaları birbirinden farklıdır ve bu sıcaklıklar maddelerin ayırt edici özellikleri arasındadır. Bu özelliklerden yararlanarak erime noktaları farklı olan katı karışımları, kaynama noktaları farklı olan sıvı karışımları ve kaynama noktaları farklı olan gaz karışımları bileşenlerine ayrılabilir.

1. Damıtma (Distilasyon)

Bir sıvıyı önce buharlaştırıp daha sonra soğutma yoluyla yoğunlaştırarak başka bir kapta toplanması işlemine damıtma denir. Damıtma, sıvıların saflaştırılmasında ve sıvı karışımların bileşenlerine ayrılmasında en temel yöntemlerden biridir.

Damıtma Yönteminin Kullanım Alanları

• Bir sıvının uçucu olmayan bileşenlerden ayrılması,
• Farklı kaynama noktalarına sahip sıvıların oluşturduğu karışımların bileşenlerine ayrılması,
• Sıvının saflaştırılması.

Damıtma işleminde karışımdaki sıvıların kaynama noktaları arasındaki fark temel alınır. Damıtma işlemi sonucu başka bir kapta toplanan sıvıya damıtık sıvı veya destilat adı verilir.

Damıtma Çeşitleri

1. Basit Damıtma: Bir sıvının uçucu olmayan bir katıdan veya iki sıvının büyük kaynama noktası farkı bulunuyorsa, sıvılar birbirinden ayrılır.
2. Ayrımsal Damıtma: Kaynama noktaları birbirine yakın olan sıvılar ayrımsal damıtma yöntemiyle ayrılır. Özellikle alkol ve su gibi karışımların ayrılmasında kullanılır.

Hâl Değişim Grafikleri

Damıtma sırasında bir sıvının buharlaşması ve ardından yoğunlaşması hâl değişim grafiklerinde gözlemlenebilir. Bu grafikler, sıvının saf olup olmadığını veya karışımdaki sıvıların oranını anlamada yardımcı olur.

2. Yoğunlaştırma

Gaz karışımlarını ayırmada da kaynama noktası sıcaklıklarının farklılığı kullanılır. Bir gaz karışımının sıcaklığı düşürüldüğünde, gazlar yoğunlaşma noktası en yüksek olan gazdan başlayarak sırasıyla kendi yoğunlaşma noktalarında sıvılaşırlar.

Örnek:

Kurşun (II) nitrat (Pb(N03)2) bileşiği ısıtıldığında, NO2 ve O2 gazları karışım hâlinde oluşur. Bu gaz karışımı buzla soğutulmuş bir ortamdan geçirildiğinde, NO2 gazı yoğunlaşarak sıvı hâle geçer, ancak O2 gazı yoğunlaşmaz. Çünkü NO2 gazının yoğunlaşma noktası 21 °C iken, O2 gazının yoğunlaşma noktası -183 °C’dir.

Buz ortamının sıcaklığı yalnızca 0 °C’ye kadar düşebileceği için bu sıcaklık, NO2 gazını yoğunlaştırır fakat O2 gazı bu ortamda yoğunlaşmaz.

B. Çözünürlük Farkını Kullanarak Ayırma

Maddelerin bir çözücüdeki çözünürlükleri farklıdır. Aynı şekilde maddelerin sudaki çözünürlükleri de farklılık gösterebilir. Çözünürlük, sıcaklık ve basınç gibi faktörlerden etkilenir. Maddelerin çözünürlük farkından yararlanılarak kristallendirme, ayrımsal kristallendirme, çöktürme ve özütleme gibi yöntemler geliştirilmiştir.

1. Kristallendirme

Bir katının sıvı içerisindeki çözünürlüğünün azalması veya sıvının buharlaştırılması sonucunda kristaller hâlinde çökeltilmesine kristallendirme denir. Örneğin, tuzlu su buharlaştırılarak tuz kristalleri elde edilebilir.

2. Ayrımsal Kristallendirme

Birden fazla katının bir çözücüde çözünürlük farkından yararlanılarak ayrı ayrı kristalleştirilmesine ayrımsal kristallendirme denir. Bu yöntem, sıcaklıkla çözünürlükleri farklılaşan maddeleri ayırmak için kullanılır.

Örnek:

Potasyum nitrat (KNO3) ve sezyum sülfat (Cs2SO4.8H20) tuzları suda çözünür. Ancak, sıcaklığın artırılmasıyla potasyum nitratın çözünürlüğü artarken, sezyum sülfatın çözünürlüğü azalır.

1. Potasyum nitrat ve sezyum sülfat karışımı suya atılarak çözündürülür.
2. Çözelti ısıtılarak sezyum sülfat çökertilir ve süzülür.
3. Kalan çözelti soğutulduğunda, potasyum nitrat kristalleri oluşur ve süzülerek ayrılır.

3. Çöktürme

Bir karışımdaki maddelerden biri, belirli bir çözücüde çözünerek çökelti oluşturabilir. Çöken katı, süzme yöntemiyle karışımdan ayrılır. Örneğin, sodyum klorür ve gümüş nitratın tepkimesi sonucunda gümüş klorür (AgCl) çökelir.

4. Ekstraksiyon (Özütleme)

Ekstraksiyon, bir katı veya sıvı karışımdaki maddelerin belirli bir çözücü kullanılarak ayrılmasına denir. Çözücünün seçimi, karışımdaki maddelerin çözünürlüğüne bağlıdır. Bu yöntem genellikle organik bileşiklerin saflaştırılmasında kullanılır.

C. Yoğunluk Farkını Kullanarak Ayırma

Heterojen karışımları ayırmada yoğunluk farkından yararlanılırken, homojen karışımlarda da bu özellik belirli koşullarda kullanılabilir. Özellikle, sıvı-sıvı karışımları ayırmada ayırma hunisi yöntemi uygulanabilir.

D. İyon Değişimi ve Kimyasal Tepkimelerle Ayırma

Bazı homojen karışımlarda, maddelerin kimyasal özellikleri kullanılarak bileşenler ayrılabilir. Örneğin, suyun iyon değiştirme yöntemiyle saflaştırılması, bu uygulamaya bir örnektir.

E. Uygulama Alanları ve Örnekler

• Laboratuvarlar: Kimya deneylerinde saf çözeltiler elde etmek için damıtma ve kristallendirme yöntemleri kullanılır.
• Endüstri: Petrolün ayrıştırılması (rafinasyon) ve su arıtma tesislerinde kullanılan yöntemler.
• Ev Kullanımı: Tuzlu suyun buharlaştırılmasıyla tuz elde edilmesi veya kahve çekirdeklerinden kafein özütlenmesi.