SEPARATIONSMETODER

När man blandar två eller fler rena ämnen sker det ofta ingen kemisk reaktion utan de blir delar i lösning. Om vi, till exempel, häller kopparsulfat i vatten får vi en homogen vattenlösning med kopparsulfat. Det har inte bildats något nytt ämne, men både vattnet och kopparsulfatet har ändrat utseende. 

Det kan vara knepigt att se om det skett en kemisk reaktion eller bara en fysisk förändring när man gör sin blandning. Om du inte kan observera någon förändring i färg eller temperatur, eller om det inte bildas någon fällning eller gas, kan du anta att lösningen är en fysisk förändring. Om något av ovanstående inträffar, kan du istället förmoda att det har skett en kemisk reaktion.

Separation av blandningar

Eftersom dessa typer av blandningar är en fysisk förändring av de ingående ämnena, kan de också fysiskt separeras. Observera dock att en del av de nedan beskrivna separationsmetoderna även kan användas efter kemiska reaktioner, till exempel då det bildats en fällning.

Det finns många olika tekniker för att separera blandningar i deras komponenter. Vilken teknik man väljer beror på typen av blandning och de fysiska egenskaperna hos de ingående ämnena. Det beror även på hur noggrann du vill vara och vilken av komponenterna du vill ta vara på. Om du vill skilja ut saltet från havsvatten, är det ganska enkelt att bara ta vara på saltet men om du även vill ta vara på vattnet måste du använda en helt annan teknik.

Saltet i havsvatten och själva vattnet har helt olika egenskaper, där vattnet kokar bort långt innan saltet ens smälter. Genom att värma havsvattnet, kan vi alltså lätt förånga allt vatten så att det bara blir kvar salt. Om vi istället värmer upp en blandning av vatten och etanol (alkohol), kommer etanolen att förångas före vattnet eftersom etanol har en lägre kokpunkt (78,37°C). Dessa två olika separeringar kräver därför helt olika metoder. Andra fysyska egenskaper hos de ingående ämnena som avgör val av separationsmetod är storlek på partiklarna, löslighet, densitet samt magnetism eller annan form av attraktion.

Separera homogena och heterogena blandningar

Separatonstekniker kan grovt delas upp efter om de är lämpliga för homogena eller heterogena lösningar. Se tabellen nedan.

Separation av heterogena blandningarSeparation av homogena blandningar
Dekantering (se nedan)Indunstning (evaporering) (se nedan)
Filtrering, inklusive sugfiltrering (se nedan)Destillering (destillation) (se nedan)
Separertratt (se nedan)Kromatografi (se Analytisk kemi)
Centrifugering (se nedan)
Magnetisk separering (se Inledning)

Indunstning (evaporering)

Om man lämnar en vätska med lösta ämnen kommer vätskan att dunsta bort (förångas) även vid rumstemperatur. Processen kan påskydas genom uppvärmning och när vätskan är borta kan man samla upp de ämnen som fanns i lösningen. Denna metod passar bäst för homogena lösningar, men kan givetsvis även användas för heterogena sådan, till exempel att torka sand eller en fällning.

Här finns en homogen lösning av kopparsulfat och vatten i en kristallistaionsskål.

Efter bara några dagar i rumstemperatur har det mesta vattnet dunstat bort och kvar finns bara kristaller av kopparsulfat.

Filtrering

En vätska med uppslammade fasta partiklar kallas suspension. De fasta partiklarna kan skiljas med hjälp av ett filter. De små porerna i filterpappret låter vatten och lösta ämnen rinna genom, men de större fasta partiklarna fångas av filtret.

Vid filtrering är det viktigt att filterpappret får så stor yta som möjligt. Den vanligaste vikningen (nedan) där man gör en enkel kon genom att vika filterpappret två gånger är inte speciellt effektiv. När filterpappret blöts fastnar det mot trattens väggar och genomrinningen stoppas nästan helt. Det är då bättre att göra en veckad vikning, såsom beskrivs här till höger – mycket effektivare. 

Vikning av filterpapper

Lägg ett filterpapper av lämplig storlek framför dig på bordet.





Vik pappret på mitten och tryck till längs vikningen så att det blir en skarp kant.





Veckla ut filterpappret igen.







Upprepa denna vikning så att du har fyra skarpa veck på filterpappret, med 8 lika stora "tårtbitar".





Knip ihop en tårtbit i taget mellan tumme och pekfinger så att det blir ytterligare en vikning. 






Du ska nu ha ett filterpapper som ser ut som på denna bild. Trycker du ner detta i tratten kommer att se ut som på illustrationen av  filtreringsuppställningen.

Sugfiltrering

I många fall kan den vanliga filtreringen vara ineffektiv eller långsam. Man kan då påskynda processen genom suga vätskan genom ett filter. Nedan visas en typisk uppställning, med en Büchnertratt, gummipackning och sugkolv. Undertrycket i sugkolven kan åstadkommas med en vattensug eller en vakuumkpump.

Büchnertratt

Denna är oftast gjord i porslin med en platt insida där filterpappret läggs utan att vikas. I tratten finns ett antal små hål som vätskan sugs igenom. Büchnertratten tätas mot sugkolven av en gymmipackning.

Sugkolv

Sugkolven liknar en vanlig E-kolv, men den har ett sidorör för koppling av en slang till vattensug eller vakuum-pump. Den är också gjord av kraftigare glas för att klara undertrycket utan att implodera.

Vattensug

Detta är en sinnrik konstruktion som kopplas till en vanlig vattenkran. När vattnet släpps på genom det smala munstycket skapas ett undertryck i kammaren som suger ut luften ur sugkolven.

För speciella ändamål, till exempel bakterieodling finns det för ändamålet anpassade konstruktioner. Detta kan vara sugtrattar i glas med glasfilter eller filterplattor med noggrant kalibrerad porstorlek.

Dekantering

Vid dekantering  låter man en suspension sedimentera, det vill säga att man låter de tyngre partiklarna sjunka till botten av kärlet. När detta skett, vilket kan ta timmar till dagar, kan man försiktigt hälla av den klara lösningen. Exakt hur detta går till beror på vad det är man vill spara – vätskan, sedimentet eller båda. För att inte riskera att sedimentet slammas upp när man vinklar bägaren för att hälla ur vätskan, underlättar det om man redan från början ställer bägaren i vinkel vid sedimenteringen.

Dekantering kan även användas för att seprera två olika vätskor med olika egenskaper, till exempel råmjölk och grädde. Den lättare grädden lägger sig som ett skikt ovanpå mjölken och kan sedan lätt dekanteras av.

Separering av två olika vätskor och centrifugering är även dessa exempel på typer av dekantering där man utnyttjar skillnad i densitet hos de ämnen man vill seprera.
Dessa beskrivs nedan.

Separering av två olika vätskor

Du har säkert märkt att olja och vinäger i salladsdressingen inte löser sig i varandra hur mycket man än skakar – efter ett tag blir det två olika skikt. Olika olösliga vätskor kan därför separeras på detta sätt med hjälp av en separertratt.

Här har rödvinsvinäger skakats med rapsolja. Oljan löser sig inte i vinägern (mest vatten) utan det bildas en emulsion – oljan har slagits ner till små droppar som flyter fritt i vattnet. Andra exempel på emulsioner är mjölk och de flesta hudkrämer.

Efter en stund seprareras de oförenliga vätskorna så att det bildas två tydliga skikt. vatten har högre densitet än olja så vinägern lägger sig underst med oljan flytande ovanpå. I gränsskikten kan man se att det finns lite av emulsionen kvar. Det går nu att försiktigt tappa ur vinägern ur tratten.

Centrifugering

En blandning med partiklar som har olika densitet går att skilja med centrifigering. En centrifug i labbet fungerar på samma sätt som centrifugen som torkar kläder – hög hastighet gör att de partiklar med högst densitet samlas i botten på på röret. Den klara lösningen kallas för supernatant och partiklarna i botten för fällning eller pellet.

Bilden visar en enkel centrifug för labbet med plats för 8 rör. Om man ska centrifugera färre rör än 8, ska man ändå fylla alla platser för att inte skapa obalans i rotationen. De extra rören fylls då med vatten. Rotationshastigheten är 6000 till 8000 varv per minut hos denna typ av centrifug.

Här visas en jästfällning efter centrifugering. Vid mindre volymer används Eppendorf-rör för centrifigeringen. De rymmer oftast 1,5 eller 2 ml vätska, är gjorda i plast och har ett tätslutande lock. Efter centrifugeringen kan supernatanten försiktigt sugas upp med en smal pipett, sedan kan pelleten tas omhand. Centrifugering är en vanlig separationsmetod i både kemi och biologi.

Destillering

Detta är en gammal metod, som bygger på att man har en blandning av vätskor med olika kokpunkt. När man värmer upp lösningen kommer den vätska med lägst kokpunkt att först förångas. En kylare kondenserar sedan ångan till vätska, som kallas destillat. För att få ett riktigt rent destillat man man behöva upprepa processen.

Destillering som metod kan både användas i mindre skala i labbet för att separera vätskor med olika kokpunkter, men också i stor skala industriellt – till exempel för att separera de olika kolvätena ur råolja för att tillverka bensin, diesel eller råvaror för plaster.