Kimyasal Karışımlar: Türleri ve Ayırma Yöntemleri

Karışımın tanımı ve temel özellikleri

Karışım, iki ya da daha fazla saf maddenin kimyasal tepkime geçirmeden bir araya gelmesiyle oluşan madde topluluğudur. Karışımı oluşturan maddelere bileşen denir. Bileşenler karışım içinde kendi kimyasal özelliklerini korur; örneğin demir tozu ile kükürt tozu bir araya getirildiğinde başlangıçtaki maddelerin kimlikleri ortadan kalkmaz.

Karışımların bileşimi sabit olmak zorunda değildir. Aynı bileşenlerden oluşan iki karışımda maddelerin miktarları farklı olabilir; bu nedenle karışımların özellikleri de bileşen oranlarına göre değişebilir. Tuzlu suda tuz miktarı artırıldığında karışımın tadı ve bazı fiziksel özellikleri değişir, fakat tuz ve su yeni bir maddeye dönüşmez.

Karışım oluşurken yeni bir kimyasal madde meydana gelmediği için bileşenler fiziksel yöntemlerle ayrılabilir. Suyun içindeki tuz buharlaştırma ile, demir tozu ise mıknatısla ayırma ile ayrılabilir. Bu işlemlerde bileşenlerin kimyasal kimliği korunur; yalnızca fiziksel özelliklerden yararlanılarak maddeler birbirinden uzaklaştırılır. Karışımların fiziksel özellikleri arasında yoğunluk, çözünürlük, kaynama noktası ve tanecik boyutu bulunur.

Homojen ve heterojen karışımların ayrımı

Karışımlar, her yerinde aynı özellik gösterip göstermemesine göre homojen ve heterojen olarak sınıflandırılır. Homojen karışımın her noktasında bileşenler aynı oranda dağılmış gibi görünür ve karışım tek bir fazdan oluşuyor kabul edilir. Heterojen karışımda ise bileşenlerin dağılımı her yerde aynı değildir; farklı bölgelerde farklı özellikler gözlenebilir.

Bu ayrımın temelinde bileşen taneciklerinin karışım içinde nasıl dağıldığı bulunur. Homojen karışımda tanecikler gözle ayırt edilemeyecek kadar düzenli dağılır. Örneğin tuzlu suyun üst, orta ve alt kısımlarından alınan örnekler aynı tür karışımı temsil eder. Tuz su içinde çözündüğü için ayrı bir tuz tabakası görülmez.

Heterojen karışımda ise bileşenler arasında belirgin dağılım farkı vardır. Su ve zeytinyağı bir araya getirildiğinde iki sıvı ayrı tabakalar oluşturur; çünkü birbirleri içinde aynı biçimde dağılmazlar. Kumlu su da heterojendir: Kum tanecikleri suyun her yerinde kalıcı ve eşit biçimde dağılmadığından karışımın farklı kısımları aynı görünmez.

Çözeltiler homojen karışımların en önemli örneklerindendir. Çözeltide miktarı fazla olan ve diğer maddeyi çözen bileşen çözücü, çözücü içinde dağılan bileşen ise çözünen olarak adlandırılır. Tuzlu suda su çözücü, tuz çözünendir; ancak hangi bileşenin çözücü olduğu yalnızca fiziksel hâle bakılarak değil, çözeltideki işlevine ve miktarına göre belirlenir. Çözeltilerde derişim hesaplamaları ayrı bir başlık altında ele alınır.

Süspansiyon ve koloitlerin temel özellikleri

Süspansiyon, katı taneciklerin bir sıvı içinde dağılmasıyla oluşan heterojen karışımdır. Süspansiyondaki tanecikler görece büyüktür; bu nedenle karışım bekletildiğinde yer çekiminin etkisiyle dibe çökebilir ve uygun bir süzme işlemiyle sıvıdan ayrılabilir. Çamurlu su, katı taneciklerin su içinde dağılmasına örnektir.

Koloit, tanecik boyutu çözelti taneciklerinden büyük, süspansiyon taneciklerinden küçük olan heterojen karışım türüdür. Koloit tanecikleri gözle tek tek seçilemese de karışım gerçek bir çözelti değildir. Süt ve sis, koloitlere örnek verilebilir. Süspansiyonda çökelme daha belirginken koloitlerde tanecikler daha uzun süre dağılmış hâlde kalabilir; bu gözlem iki türü ayırt etmeye yardım eder.

Karışımların ayırma yöntemleri

Karışımları ayırma yöntemleri, bileşenlerin kimyasal özelliklerini değiştirmeden fiziksel özellik farklarından yararlanır. Yöntem seçilirken karışımın homojen ya da heterojen olması ve bileşenlerin hangi özelliğinin farklı olduğu belirlenir.

Süzme, çözünmeyen katı bir tanecik ile sıvıyı tanecik boyutu farkından yararlanarak ayırır. Katı tanecikler süzgeçte tutulurken sıvı süzgeçten geçer; kumlu suyun ayrılması buna örnektir. Bekletilerek katının dibe çökmesi ve üstteki sıvının dikkatlice aktarılması da yoğunluk farkına dayalı çöktürme ve aktarma yaklaşımıdır.

Ayırma hunisi, birbiri içinde çözünmeyen ve yoğunlukları farklı sıvıları ayırmak için kullanılır. Su ve zeytinyağı gibi sıvılar kapta iki tabaka oluşturduğunda yoğun olan tabaka aşağıda, daha az yoğun olan tabaka yukarıda bulunur. Musluk açılarak alt tabaka önce alınır ve sıvılar birbirinden ayrılır.

Buharlaştırma, bir çözeltideki uçucu sıvıyı uzaklaştırıp çözünmüş katıyı geride bırakır. Tuzlu sudan tuz elde edilmesi bu yönteme örnektir. Kristallendirmede ise çözeltide bulunan katı madde, uygun koşullarda kristal hâlinde oluşturularak ayrılır. Bu yöntemde amaç, katının düzenli kristaller oluşturmasından yararlanmaktır; çözünürlük ve çözünürlük grafikleri ayrı bir konudur.

Damıtma, sıvı bir karışımın bileşenlerini kaynama noktası farkından yararlanarak ayırır. Karışım ısıtıldığında daha kolay buharlaşan bileşen gaz hâline geçer; bu buhar soğutularak yeniden sıvılaştırılır. Böylece sıvı bileşenlerden biri toplanabilir. Su ve çözünmüş tuzdan su elde edilmesi basit damıtmaya örnektir.

Birbirine tamamen karışan sıvıların kaynama noktaları birbirinden farklıysa ayrımsal damıtma uygulanır. Karışım ısıtıldığında kaynama noktası daha düşük olan bileşen daha önce buharlaşır; oluşan buharın yoğunlaştırılmasıyla bileşenler kademeli olarak ayrılır. Birden fazla sıvı bileşen içeren ve kaynama noktaları farklı olan karışımların ayrılmasında bu yöntem tercih edilir.

Mıknatısla ayırma, bileşenlerden birinin mıknatıs tarafından çekilmesi özelliğine dayanır. Demir tozu ile kum karışımında mıknatıs demir taneciklerini çeker, kum ise geride kalır. Bu yöntem yalnızca bileşenlerden birinin mıknatıslanma özelliği belirgin olduğunda işe yarar.

Ayırma yönteminin bileşen özelliğine göre seçilmesi

Uygun ayırma yöntemini bulmak için önce karışımdaki bileşenlerin hangi fiziksel özelliklerinin farklı olduğu sorulur. Katı tanecik ile sıvı arasında tanecik boyutu farkı varsa süzme; çözünmeyen sıvılar arasında yoğunluk farkı varsa ayırma hunisi kullanılır. Bir bileşen mıknatıs tarafından çekiliyor, diğeri çekilmiyorsa mıknatısla ayırma uygundur.

Homojen karışımlarda bileşenler gözle ayrı tabakalar oluşturmadığı için süzme veya ayırma hunisi genellikle uygun değildir. Çözünmüş katı ile sıvıyı ayırmak için buharlaştırma ya da katının kristal oluşturmasından yararlanan kristallendirme seçilebilir. Sıvı bileşenlerin kaynama noktaları farklıysa damıtma; birden fazla karışmış sıvının kaynama noktası farklarından sırayla yararlanmak gerekiyorsa ayrımsal damıtma kullanılır. Örneğin kum-su karışımında tanecik boyutu, tuz-su karışımında uçuculuk ve demir-kum karışımında mıknatıslanma farkı belirleyicidir.