均質混合物の分離の方法は、全ての化学反応を使用することなく、同じ位相を統合コンポーネントまたは溶質を得ることが可能にする、ものです。つまり、液体、固体、気体です。
そのような均質な混合物は、溶質粒子が肉眼で区別するには小さすぎる溶液からなる。それらは非常に小さいため、溶液が通過する間、フィルターを保持するのに十分な狭さまたは選択性のフィルターはありません。遠心分離や磁化などの分離技術にも役立ちません。
均一な混合物を段階的に分離する方法の例。出典:ガブリエルボリバル
上記は、ソリューションがコンポーネントにどのように分離されているかの例です。最初の混合物(茶色)は、均等に均一な2つの成分(オレンジと紫)に分離されます。最後に、結果として得られた2つの混合物から、溶媒(白)とそれぞれの溶質の4つのペア(赤黄と赤青)が得られます。
溶液を分離するための方法や技術には、蒸発、蒸留、クロマトグラフィー、分別結晶があります。混合の複雑さによっては、均一性が失われるまで、これらの方法を複数使用する必要がある場合があります。
混合物の主な分離方法
-蒸発
蒸発は、単一の溶質の均一な混合物を分離する最も簡単な方法です。
最も単純で均質な混合物は、単一の溶質が溶解した溶液です。たとえば、上の図では、溶質の粒子による可視光の吸収と反射により、色のついた溶液があります。
準備中によく振ると、他の領域よりも明るい領域や暗い領域がなくなります。それらはすべて等しく、均一です。これらのカラフルな粒子は、機械的な方法で溶媒から分離することができないため、これを達成するには熱の形のエネルギー(赤い三角形)が必要になります。
したがって、着色された溶液は、空を加速して加熱され、溶媒が容器から蒸発して加速します。これが発生すると、溶質粒子を分離する体積が減少するため、それらの相互作用が増加し、ゆっくりと沈降します。
最終結果は、着色された溶質が容器の底に残り、溶媒が完全に蒸発したことです。
蒸発の欠点は、溶質を分離するのではなく、沸点まで加熱して溶媒を除去することです。残りの固体は複数の溶質で構成される可能性があるため、分離された成分でそれを定義するには、他の分離方法が必要です。
-蒸留
蒸留
蒸留はおそらく、均一な溶液または混合物を分離するために最も広く使用されている方法です。その使用は、塩または溶融金属、凝縮ガス、混合溶媒、または有機抽出物にまで及びます。溶質はほとんどの場合液体であり、その沸点は溶媒の沸点とは数度異なります。
このような沸点の差が大きい(70ºCを超える)場合は、単蒸留を使用します。そうでない場合は、分別蒸留が行われます。どちらの蒸留にも、複数の設定または設計、および異なる化学的性質(揮発性、反応性、極性、無極性など)の混合物のための異なる方法論があります。
蒸留では、溶媒と溶質の両方が保存され、これが蒸発に関する主な違いの1つです。
ただし、ロータリーエバポレーションはこれら2つの側面を組み合わせたものです。溶解した混和性オイルなどの固液混合物は、溶媒がなくなるまで加熱されますが、固体または油が残っている間に別の容器に集められます。最初のコンテナで。
空気蒸留
凝縮された空気は低温分別蒸留にかけられ、酸素、窒素、アルゴン、ネオンなどが除去されます。均一な気体混合物である空気は液体に変わり、主成分である窒素は理論的には溶媒として作用します。液体溶質として凝縮された他のガス。
-クロマトグラフィー
他の手法とは異なり、クロマトグラフィーでは、リモートで同様の収量を得ることができません。つまり、混合物全体の処理には役立ちませんが、そのわずかな部分のみを処理します。ただし、提供する情報は、組成に基づいて混合物を識別および分類するため、分析的に非常に貴重です。
紙または薄層クロマトグラフィー。出典:ガブリエルボリバル
クロマトグラフィーにはさまざまな種類がありますが、最も簡単なものは、大学や大学入学前のコースで説明されているもので、紙の原理です。その原理は、吸収材料(通常はシリカゲル)の薄層で開発されたものと同じです。
上の画像は、水または特定の溶剤で満たされたビーカーが、3つの選択された顔料(オレンジ、紫、緑)のドロップまたはドットが付いた基準線でマークされた紙の上に置かれていることを示しています。ビーカーを閉じたままにして、圧力を一定にし、溶媒蒸気で飽和させます。
次に、液体が紙の上に上がり始め、顔料を運びます。顔料と紙の相互作用はすべて同じではありません。強いものもあれば弱いものもあります。顔料が紙に対して持つ親和性が高いほど、最初にマークされた線に比べて、紙を介して上昇する顔料が少なくなります。
例:赤色の顔料は溶剤との親和性が低いと感じられますが、黄色は紙がより保持するためほとんど上昇しません。溶媒は移動相であり、紙は固定相です。
-フラクショナル結晶化
分別結晶の実例。出典:ガブリエルボリバル
そして最後に、部分的な結晶化があります。この方法は、均一な混合物から始まり、不均一な混合物で終わるため、おそらくハイブリッドとして分類できます。たとえば、緑色の固体が溶解したソリューションがあるとします(上の画像)。
緑色の粒子は小さすぎて手動または機械で分離できません。また、緑色の固体は2つの成分の混合物であり、この色の単一の化合物ではないこともわかります。
次に、その溶液を加熱し、冷却しながら静置する。2つの成分は互いに密接に関連していますが、特定の溶媒への溶解度はわずかに異なります。したがって、2つのうちの1つが最初に結晶化し始め、次にもう1つが結晶化し始めます。
青緑色の成分(画像の中央)が最初に結晶化し、黄色の成分は溶解したままです。青緑色の結晶があるため、黄色の結晶が現れる前に高温でろ過されます。次に、溶媒が少し冷えると、黄色の成分が結晶化し、別のろ過が行われます。
参考文献
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