Na tri tanjurića stavite malo smjese sjemenki, Vegete i nekoliko kapi vodene otopine kuhinjske soli. Okom i lupom pozorno promotrite uzorke. Što možete zaključiti?

Svi navedeni uzorci – raznolike sjemenke, Vegeta i vodena otopina kuhinjske soli – sadržavaju međusobno pomiješane različite sastojke, pa ih nazivamo smjesama.

Tvari se u prirodi najčešće nalaze kao smjese dviju ili više tvari. Kojim ćemo postupcima odvojiti čiste tvari iz smjese ovisi o svojstvima pojedinih sastojaka, kao što su hlapljivost, veličina čestica, topljivost, magnetičnost i drugo.

Prepoznajete li koja je naša solana prikazana na slici? Znate li neku povijesnu znamenitost iz toga kraja? 

Bazeni u stonskoj solani, najstarijoj u svijetu koja je još u funkciji, dobili su imena po svecima i još se za vrijeme Dubrovačke Republike iz njih vadila najčistija sol i slala na bečki dvor. Otad pa do današnjih dana sol se ondje proizvodi na isti način – isključivo ljudskim radom uz pomoć mora, sunca i vjetra.

Pozorno pogledajte videozapis Smjese i spojevi i izdvojite primjer smjese u kojoj su svi sastojci u tekućem agregacijskom stanju.

Ponovite i proširite svoje spoznaje o metodama razdvajanja heterogenih smjesa.

Odvajanje magnetom

Razdvajanje sastojaka čvrste heterogene smjese može se izvesti pomoću magneta ako smjesa sadrži tvari magnetičnih svojstava. Najpoznatiju interakciju s magnetom imaju predmeti izrađeni od željeza. Manje je poznato da na magnet djeluju i predmeti izrađeni od kobalta i nikla. Metoda odvajanja magnetom najčešće se primjenjuje pri razdvajanju metalnoga otpada.

Projektni zadatak

Izradite digitalni plakat ili prezentaciju s temom magnetizma. Pronađite tvar koja je prirodni magnet, objasnite kako napraviti umjetni magnet i kako magnet funkcionira. Otkrijte djeluje li magnet u vodi. Svoja izlaganja potkrijepite uzorcima tvari i pokusom.

Sedimentacija i dekantiranje

Nakon obilne kiše zamute se prirodne vode potoka i rijeka. Voda je mutna zbog sitnih čestica pijeska i gline koje dugo lebde u njoj. Takva se heterogena smjesa naziva suspenzija. Djelovanjem sile teže čestice pijeska i gline s vremenom se talože, tj. sedimentiraju zbog razlike u gustoći. Sedimentacija je naziv za taloženje ( lat. sedere = sjesti ili sjedati), a sediment je naziv za talog ili naslagu. Brzina stvaranja taloga ovisi o razlici gustoće vode i gustoće suspendiranih čestica. Čestice manje gustoće dulje lebde u vodi.

Prirodne vode kojima se želimo koristiti za piće treba prethodno pročistiti. Prvi postupak pročišćavanja vode za piće obuhvaća taloženje, tj. sedimentaciju suspendiranih čestica, a zatim se voda odlijeva i tako odvaja od taloga. Odlijevanje vode iznad taloga nazivamo dekantiranje. Ova je metoda vrlo jednostavna, ali nije precizna. Odvajaju se krupnije čestice taloga od sitnijih, ali je najčešće izlivena tekućina i dalje mutna. Za dobivanje potpuno čiste vode mogu se još upotrijebiti filtracija i biološko pročišćavanje.

Filtracija

Filtracija je preciznija metoda za odvajanje taloga od tekućine. Najvažniji materijal kojim se koristimo u ovoj metodi je filtar-papir. On sadrži rupice kroz koje ne mogu proći čestice čvrste tvari, ali prolaze čestice tekućine. Pri proizvodnji filtar-papira može se odrediti veličina njegovih pora, a time se određuje i veličina čestica taloga koji će filtar-papir zadržati. Kao filtar može se upotrijebiti i neki drugi materijal, poput gaze ili vate. Odabir vrste filtra ovisi o svojstvima tvari koju želimo izdvojiti iz heterogene smjese.

Pogledajte videozapis Filtracija i otkrijte kakva je veza školske bilježnice i šalice svježe kave.

Sublimacija 

Ako se u čvrstoj heterogenoj smjesi nalazi tvar koja ima svojstvo sublimacije, ovo se svojstvo može iskoristiti za izdvajanje toga sastojka. Prisjetimo se, sublimacija je izravni prijelaz jedne tvari iz čvrstoga agregacijskog stanja u plinovito agregacijsko stanje. Pritom pazimo da izdvojenu tvar u plinovitom agregacijskom stanju „uhvatimo” na hladnijem dijelu aparature u kojoj izvodimo pokus. Neke su tvari koje imaju svojstvo sublimacije suhi led, amonijev klorid, jod i kamfor.

Suhi led (ugljikov dioksid u čvrstom stanju na temperaturi od –79 °C) na sobnoj temperaturi sublimira, tj. prelazi iz čvrstoga u plinovito agregacijsko stanje bez prijelaza u tekuće stanje. Zahvaljujući tom svojstvu ima široku primjenu u prehrambenoj industriji, vinarstvu, hlađenju namirnica i u transportu.

Centrifugiranje

Heterogena smjesa tekućine i u njoj netopljive čvrste tvari može se rastaviti centrifugiranjem. Uzorak takve smjese u aparatu se podvrgne centrifugalnoj sili koja djeluje na tekućinu i čvrste čestice. Čestice čvrste tvari imaju veću gustoću i brže se talože na dno epruvete. Iz kivete se tekućina izdvaja kapaljkom, a talog uskom špatulom.

Obrada uzorka krvi u biokemijskom laboratoriju i odvajanje staničnih organela u citološkom laboratoriju samo su neki od primjera korištenja metode centrifugiranja.

Dijaliza se temelji na svojstvima polupropusne membrane i na fizikalnim procesima difuzije i osmoze. Tijekom postupka dijalize krvi upotrebljavaju se sintetičke membrane (polisulfon, poliamid ili poliakrilonitril) koje odvajaju suvišnu vodu te štetne i otpadne tvari od korisnih sastojaka krvi.

Ponovite i proširite svoje spoznaje o metodama razdvajanja homogenih smjesa.

Isparavanje i hlapljenje

Sastojci tekuće homogene smjese mogu se razdvojiti metodama isparavanja i hlapljenja. To su jednostavne metode kojima će tekućina iz smjese prijeći iz tekućega u plinovito agregacijsko stanje. Postoje dva načina primjene ove metode: isparavanje vrenjem tekućine i isparavanje hlapljenjem tekućine. Isparavanje vrenjem odvija se brže i najčešće se upotrebljava u laboratoriju.

Hlapljenje se zbiva na temperaturi koja je niža od temperature vrelišta tekućine. Proizvodnja soli iz morske vode najpoznatiji je primjer primjene metode isparavanja hlapljenjem tekućine u svakodnevnom životu.

Projektni zadatak

Kruženje vode u prirodi važan je proces za život na Zemlji. Voda stalno hlapi s površine mora, kopnenih voda, tla i živih bića. Pozorno pogledajte videozapis o kruženju vode u prirodi i odgovorite na sljedeća pitanja.

1. Kako se može izračunati količina vode koja ishlapi s nekog jezera?
2. Što je evaporacija?
3. Čime se bavi hidrologija?

Pokušajte potražiti odgovore na ova pitanja s prijateljima iz razreda i prema spoznajama načinite kraću prezentaciju u nekom od alata dostupnih na portalu e-laboratorij.

Destilacija

Za razdvajanje sastojaka tekuće homogene smjese pomoću destilacije važna su različita vrelišta tvari. Smjesa se zagrijava u tikvici za destilaciju, a sastojak smjese koji prvi isparava ima najniže vrelište. Pare sastojka hlade se u hladilu i kondenziraju u tekuće agregacijsko stanje. Tekućinu koja izlazi iz hladila nazivamo destilat i hvatamo je u predložak (čista tikvica ili čaša). Destilat će izlaziti polako, kap po kap, i po tome je cijeli postupak dobio naziv (lat. destillare = kapati). Postupak destilacije upotrebljava se za razdvajanje i pročišćavanje hlapljivih spojeva (biljna eterična ulja, alkohol etanol i dr.).

Izvedite destilaciju smjese vode i tinte i odgovorite na pitanja.

1. Zašto se na početku zagrijavanja plinskim plamenikom tikvica orosi s vanjske strane?
2. Zašto hladilo treba ispunjavati hladnom vodom s donje strane, a ne s gornje?
3. Zašto je bolje staviti kamenčiće za vrenje u tikvicu za destilaciju?
4. Zašto je u aparaturi za destilaciju potreban termometar?
5. Po čemu se razlikuju destilacija, frakcijska destilacija i vakuum destilacija od suhe destilacije?

Prve kemijske aparature za destilaciju napravljene su u Aleksandriji na početku 1. stoljeća naše ere i sastojale su se od tikvice, nastavka i predloška. To je osnova i svim današnjim aparaturama za destilaciju.

Ideja destilacije nastala je iz opažanja u kuhinji. Pri kuhanju vode u poklopljenom loncu ubrzo će se opaziti kondenzacija vodene pare na unutarnjem dijelu poklopca. Problem koji se postavlja u destilaciji jest kako uhvatiti paru tekućine koju želimo zadržati.

Destilacija ima dugu povijest. Najstariji poznati zapisi o proizvodnji eteričnih ulja iz biljaka postupkom destilacije potječu iz drevne sumerske civilizacije, približno iz 3500. g. pr. Kr. Ljudi su se tada za destilaciju koristili glinenim loncima sa žlijebom pri vršnom rubu i ispupčenim poklopcima koji su omogućili slijevanje destilata u žlijeb lonca.

Kristalizacija

U tekućim homogenim smjesama mogu biti otopljene čvrste tvari koje imaju svojstvo kristalizacije. Kristalizacija je proces stvaranja kristala u kojem su čestice tvari pravilno složene u prostoru. U prirodi kristali najčešće nastaju isparavanjem ili hlapljenjem vode iz otopina raznih soli. Zanimljivo je istaknuti da kristali snježnih pahulja nastaju u zraku od vodene pare koja je u plinovitom stanju.

• Istražite kako nastaju snježne pahulje i otkrijte ljepotu snijega u nastajanju svake pojedine pahuljice.

Jesu li sve snježne pahulje jednake?

Proces kristalizacije počinje u trenutku kada otopina postigne prezasićeno stanje. To se može postići hlađenjem otopine jer se smanjuje količina otapala u otopini. Ovaj postupak traje dugo, no njime se postiže visoka čistoća kristalizirane tvari.

Na proces kristalizacije utječu svojstva čvrste tvari koju želimo odvojiti kristalizacijom, temperatura, prostor u kojem se odvija kristalizacija i prisutnost drugih nepoželjnih tvari. Cilj je postupka kristalizacije dobiti što veći jedinični kristal (monokristal). Ako nešto ometa postupak kristalizacije, stvarat će se kristalne nakupine od mnogo sitnih kristala.

Kristalizacija i prekristalizacija važni su procesi u proizvodnji lijekova i nekih drugih kemijskih spojeva jer takvi proizvodi ne smiju sadržavati nečistoće.