Mètodes de Separació de Mescles i Enllaços Químics

1. Separació de sòlids i líquids

1.1. Separació d'un sòlid insoluble d'un líquid

El mètode més senzill és la decantació, que consisteix a inclinar el recipient de manera que el líquid surti sense arrossegar el sòlid. Al laboratori, es fa per filtració, amb paper de filtre, que té molts forats petits i permet que passi el líquid però no el sòlid. El líquid que travessa el filtre s'anomena filtrat, i el sòlid retingut, residu. La centrifugació utilitza dos tubs metàl·lics on es col·loquen dos tubs de vidre amb la mescla. Quan s'engega, els tubs giren a gran velocitat i es col·loquen en posició horitzontal, impulsant els sòlids fins al final dels tubs. Aleshores, els líquids es poden extreure per decantació.

1.2. Separació d'un sòlid soluble d'un líquid

Les solucions són més difícils de separar perquè són homogènies. L'única manera de fer-ho és que una part de la solució canviï d'estat i l'altra no.

• Evaporació: escalfar la solució i esperar que s'evapori el líquid, deixant només el sòlid (per exemple, sal i aigua).
• Cristal·lització: consisteix a fer que el sòlid dissolt en una solució aquosa calenta vagi precipitant lentament a mesura que es refreda la solució, disminuint la seva solubilitat. El sòlid no dissolt apareix en forma de cristalls al fons del recipient.
• Destil·lació simple: si el que volem és obtenir el líquid de la solució, consisteix a posar la solució al matràs, escalfar-la fins que bulli i el líquid s'evapori. El vapor passa al condensador, es refreda i es condensa, i el líquid es recull a l'Erlenmeyer.

2. Separació de líquids

2.1. Separació de líquids immiscibles

S'utilitza un embut de decantació. Es posa la mescla a l'embut i, obrint la clau, es deixa passar el líquid del fons. Es tanca la clau i després es torna a obrir per deixar passar l'altre líquid.

2.2. Separació de líquids miscibles

Destil·lació fraccionada: per separar aigua i alcohol, que tenen punts d'ebullició diferents (78 ºC l'alcohol i 100 ºC l'aigua). En un aparell de destil·lació fraccionada, s'escalfa la solució i el vapor d'alcohol i aigua puja per la columna de fraccionament. Aquesta, en contacte amb el vapor, s'escalfa i augmenta de temperatura. Mentre la temperatura de la columna no arribi a 78 ºC, tant l'alcohol com l'aigua es condensaran i no podran sortir. Quan la temperatura arriba a 78 ºC, l'alcohol travessa la columna en forma de gas, i el vapor d'aigua es condensa a la columna perquè la temperatura és inferior a 100 ºC. L'alcohol es destil·la i es recull en un matràs. Si continuem escalfant la solució, la temperatura arriba a 100 ºC i permet que l'aigua passi en forma de vapor.

3. Separació de mescles de sòlids

Es busca aprofitar propietats diferents:

• Extracció amb dissolvent: una mescla de sal i sorra es pot separar fàcilment tenint en compte que l'aigua dissol la sal però no la sorra.
• Sublimació: els sòlids que sublimen (com el iode) es poden separar dels que no ho fan escalfant la mescla i refredant el gas obtingut.
• Imantació: el magnetisme del ferro permet separar-lo del sofre mitjançant un imant.
• Flotació: la densitat inferior de les serradures permet separar-les de la sorra per flotació en aigua.

4. La cromatografia

La cromatografia és un mètode que permet separar una mescla de substàncies dissoltes en un líquid (no separem en un recipient, només ho podem veure separat).

• Cromatografia de paper: en un paper de cromatografia s'hi tira una gota petita de la solució que conté les substàncies que s'han de separar. Es deixa evaporar el dissolvent i els soluts queden al paper. Es col·loca el paper en un recipient que conté una mica de dissolvent, que pot ser el mateix o un de diferent. Aquest dissolvent flueix cap a la part superior del paper, dissol gradualment els soluts i els arrossega. Les substàncies més solubles es dissolen millor i van més ràpidament, i les substàncies menys solubles es mouen més a poc a poc.
• Cromatografia de columna: en lloc de paper, es fan servir pólvores, que poden ser de guix, d'alumini, etc., i es col·loquen en un tub llarg, xopat amb un líquid dissolvent. La solució es posa a la part superior del tub, i aleshores s'hi va afegint dissolvent, que es mou cap avall i arrossega les substàncies que es volen separar.

5. Com s'uneixen els àtoms?

Els àtoms s'uneixen entre si o amb altres àtoms formant molècules o estructures gegants. Aquesta unió s'anomena enllaç químic. Hi ha tres tipus:

• Enllaç covalent: sorgeix com a conseqüència de compartir un parell d'electrons. Es representa mitjançant una ratlla (H-H). Es forma entre àtoms d'elements no metàl·lics (com la molècula d'aigua). En altres casos, es comparteixen dos parells d'electrons, i parlem d'enllaç doble (per exemple, la molècula d'oxigen).
• Enllaç metàl·lic: els ions formats tenen una càrrega del mateix signe i es repel·leixen. Cal suposar que els electrons que perden els àtoms se situen entre els ions i actuen com a unió. Aquests electrons es mouen lliurement formant un núvol d'electrons, i es diu que estan deslocalitzats.
• Enllaç iònic: característic dels sòlids iònics (com el clorur de sodi o sal comuna). Els ions negatius i positius s'atreuen amb forces electrostàtiques i s'uneixen.

6. Exercicis

6.1. Calcula la massa de 10 l de dinitrogen (N₂) mesurats en condicions normals.

* 1 mol d'un gas en C.N. ocupa 22,4 litres.

10 l de N₂ x 1 mol / 22,4 l = 0,45 mols
0,45 mols N₂ x 28 g (massa de N = 14 / 14 x 2 = 28) / 1 mol = 12,6 g

6.2. Una gota d'aigua a 4 ºC té un volum de 0,05 cm³. Quantes molècules d'aigua hi ha en 20 gotes d'aigua?

* Densitat de l'aigua = 1 g/cm³ (massa/volum)

0,05 cm³ x 20 gotes = 1 cm³ -> H₂O
1 cm³ = 1 g H₂O / 1 cm³ = 1 g H₂O
1 g x 1 mol / 18 g (massa) = 0,05 mols
0,05 mols x 6,02 x 10²³ molècules / 1 mol = 3,34 x 10²³ molècules.