Homogenní směsi

Vlastnosti homogenních směsí

Homogenní směsi (nazývané také stejnoměrné směsi) se vyznačují tím, že jejich složky nelze rozpoznat ani pouhým okem, ani jednoduchými optickými přístroji, jako je lupa. K přeměně jednotlivých látek na homogenní směsi nebo zpětný proces, a to dělení směsi na její jednotlivé složky, dochází fyzikálními procesy zvanými míšení a separace. Všechny látky, které tvoří směs, si zachovávají své původní vlastnosti. Vyznačují se tím, že mezi nimi nejsou žádné chemické vazby. Složky homogenních směsí však mohou mít různé fyzikální skupenství. Příklady takových homogenních směsí jsou roztoky. Jejich hlavní složkou je rozpouštědlo, ve kterém jsou rozpuštěny (nebo dispergovány) ostatní složky směsi. V kapalných roztocích je rozpouštědlo ve formě kapaliny, v plynných roztocích je však rozpouštědlem plyn a ve slitinách kovů je to pevná látka.

Způsoby oddělování složek homogenních směsí

Homogenní směsi vznikají spojením jejich složek fyzikálními metodami. Volba vhodné separační metody závisí především na fyzikálním stavu jednotlivých složek směsi. Při smíchání si složky homogenních směsí zachovávají své původní vlastnosti. I tyto vlastnosti ovlivňují způsob dělení směsi. Patří mezi ně hustota, rozpustnost a bod varu. Níže je uvedeno několik příkladů metod pro separaci homogenních směsí.

Destilace

Destilace je účinná metoda pro oddělování kapalných složek homogenních směsí. Destilace vyžaduje relativně nízké body varu jednotlivých složek a jejich tepelnou stabilitu (aby nedocházelo k degradaci při vysokých teplotách). Pro destilaci jednotlivých látek je třeba směs postupně zahřívat v destilační baňce napojené na chladič. Při postupném zvyšování teploty se následující složky homogenní směsi začnou vařit (v pořadí, které závisí na jejich bodech varu). Přecházejí z kapalného stavu do stavu páry, který je směrován do kondenzátoru. V něm proudící chladicí voda (v protiproudu) ochlazuje páry a kondenzuje je. Tímto způsobem jsou všechny složky směsi destilovány.

Krystalizace

Proces krystalizace je opakem destilace. Používá se k vysrážení složek homogenních směsí do krystalů, a to prostřednictvím řízeného odpařování rozpouštědla. V prvním kroku krystalizačního procesu by se mělo odpařit co nejvíce rozpouštědla, aby se získal nasycený roztok. Poté se roztok ochladí. Snižováním teploty dochází k přesycení a pomalu začnou růst krystaly původní látky rozpuštěné v roztoku. Za přesně definovaných a kontrolovaných podmínek vede krystalizační proces k získání krystalů velké velikosti, požadovaného tvaru a vysoké čistoty (až přes 99 %).

Adsorpce

Oddělení homogenních směsí (plynných nebo kapalných) lze také dosáhnout adsorpcí. Proces využívá kapacitu určitých látek absorbovat další složky (např. složky směsi). Takový „absorbér“ se nazývá adsorbent. Váže molekuly adsorbátu (rozpuštěné látky, která se adsorbuje) na svůj povrch v důsledku interakcí fyzikální (fyzikální adsorpce) nebo chemické (chemická adsorpce, resp. chemisorpce) povahy. Jako adsorbenty se nejčastěji používají pevné látky, které mají vysoce vyvinutý specifický povrch (což zvyšuje účinnost separace). K tomuto účelu se často používá aktivní uhlí.

Papírová chromatografie

Je to chromatografická technika, kterou lze efektivně použít k oddělení složek homogenní směsi. Umožňuje například oddělovat složky inkoustu ve fixech. K tomu je třeba směs nanést na spodní část speciálního chromatografického papíru (startovací čára). Poté se substrát s nanesenou směsí umístí do komor naplněných rozpouštědlem (tzv. eluent) na dně. Díky kapilárním silám stoupá eluent podél savého papíru a bere s sebou směs. Jeho specifické složky interagují se substrátem i rozpouštědlem odlišně, což nakonec povede k separaci.

Homogenní směsi: příklady

Benzín je běžným příkladem tekuté homogenní směsi. Skládá se z uhlovodíků, jejichž molekuly obsahují 5 až 12 atomů uhlíku. Patří sem především alkany , tedy nasycené sloučeniny. Benzín obsahuje také nenasycené alifatické sloučeniny – mají dvojné nebo trojné vazby mezi atomy uhlíku – a cyklické sloučeniny. Homogenní směs, která je pro život člověka nezbytná, je vzduch. Čistý, neznečištěný vzduch je kombinací různých prvků a chemických sloučenin. Mezi jeho základní složky patří dusík, kyslík a vzácné plyny . Obsah zbývajících složek této plynné směsi se liší v závislosti na řadě faktorů. Patří mezi ně oxid uhelnatý (IV), ozón, oxidy síry a dusíku, vodní pára, vodík a metan. Chemické roztoky soli v rozpouštědle jsou také homogenní směsi. Příkladem takové směsi je solanka. Vzniká jako výsledek fyzikálního procesu rozpouštění chloridu sodného (kuchyňské soli) ve vodě. Solanka se hojně využívá například v potravinářském průmyslu. Množství každé složky (NaCl a H ₂ O) lze specifikovat uvedením jejich koncentrace v roztoku.