Schimbări de stare și separarea amestecurilor

Topirea schimbă solidul în lichid, solidificarea lichidul în solid, vaporizarea lichidul în gaz, iar condensarea gazul în lichid. Sublimarea este trecerea directă din solid în gaz. Într-o schimbare de stare, substanța rămâne aceeași; arderea este reacție chimică, nu schimbare de stare. Un amestec eterogen are componente sau faze distincte, precum nisip în apă; unul omogen are aspect uniform la scara observată, precum sarea dizolvată în apă.

Alegerea metodei de separare depinde de proprietăți. Filtrarea reține particule solide insolubile; decantarea separă faze după densitate și repaus; evaporarea sau cristalizarea poate recupera solutul dizolvat; distilarea separă substanțe după diferența dintre temperaturile de fierbere și poate recupera solventul; magnetizarea extrage componente atrase de magnet. Într-un amestec sare–nisip–pilitură de fier, niciuna dintre metode singură nu izolează toate cele trei componente.

Curba de încălzire. Dacă se încălzește un solid pur și se notează temperatura în timp, curba $T=f(t)$ are paliere. La topire, temperatura rămâne constantă: gheața pură se topește la $0{}^{\circ }\mathrm{C}$, iar apa pură fierbe la $100{}^{\circ }\mathrm{C}$ la presiune normală. Un amestec nu are temperatură fixă de topire: el se topește într-un interval de temperaturi. Evaporarea are loc la suprafața lichidului, la orice temperatură, iar fierberea are loc în toată masa lichidului, la temperatură constantă.

Sublimarea. Naftalina și iodul sublimează la temperatura camerei sau puțin peste ea, iar „gheața uscată” (CO₂ solid) sublimează la $-78,5{}^{\circ }\mathrm{C}$, la presiune normală.

Dizolvarea. O soluție conține un solvent și un solut. Viteza de dizolvare crește prin agitare, încălzire și mărunțirea solutului; cantitatea maximă dizolvată depinde de natura substanțelor și de temperatură. O soluție care nu mai dizolvă solut suplimentar este saturată. Gazele se dizolvă mai bine în lichide răcite.

Soluții în viața de zi cu zi. Aerul este o soluție de gaze, iar oțelul o soluție solidă de carbon în fier. Simțul gustativ și cel olfactiv se bazează pe dizolvarea substanțelor în salivă sau în mucusul nazal. Apa dizolvă bine substanțele ionice și polare și este solvent pentru multe substanțe din celule, ceea ce o face mediu de reacție pentru procesele vieții.

Soluție, emulsie, suspensie. Soluția (sare în apă) este omogenă și nu se separă la repaus. Suspensia (făina în apă) conține particule solide care se depun și se rețin prin filtrare. Emulsia (uleiul în apă, agitat) conține picături de lichid care se separă în timp.

Exemplu lucrat 1. Apropii magnetul și scoți pilitura de fier. Adaugi apă pentru a dizolva sarea, filtrezi nisipul și evapori apa din filtrat pentru a obține sarea. Dacă urmărești și recuperarea apei, folosești distilare în loc de simplă evaporare.

Exemplu lucrat 2: ulei și apă. Un amestec de ulei de floarea-soarelui ($900kg/{\mathrm{m}}^3$) și apă ($1000kg/{\mathrm{m}}^3$) formează două straturi, uleiul deasupra. Se separă prin decantare, cu o pâlnie de separare: se scurge stratul de jos (apa), apoi se colectează uleiul.

Exemplu lucrat 3: alcool și apă. Etanolul fierbe la aproximativ $78{}^{\circ }\mathrm{C}$, iar apa la $100{}^{\circ }\mathrm{C}$. Amestecul omogen se separă prin distilare: la $78$–$80{}^{\circ }\mathrm{C}$ se evaporă mai ales etanolul, vaporii se condensează în răcitor, iar apa rămâne în balon. Filtrarea nu ar funcționa, pentru că ambele componente trec prin hârtia de filtru.

Greșeli frecvente

• Greșit: Filtrarea separă sarea dizolvată de apă.
  Corect: ionii dizolvați trec prin filtrul obișnuit.
• Greșit: vaporizarea produce o substanță nouă.
  Corect: schimbă starea aceleiași substanțe.
• Greșit: magnetul extrage nisipul din orice amestec.
  Corect: extrage doar componentele feromagnetice potrivite.

Înainte și după