La frase’ come olio e acqua ‘ si riferisce a cose che non si mescolano, proprio come, bene-olio e acqua, le cui proprietà chimiche impediscono la loro miscelazione. Ma in molti casi, ciò di cui abbiamo veramente bisogno sono i modi per ottenere il contrario: separare le sostanze miste.,
Il petrolio greggio è un buon esempio: è una miscela di numerosi carboidrati (composti costituiti da idrogeno e carbonio), alcuni dei quali vengono utilizzati per alimentare i motori come combustibile e altri nella produzione di materie plastiche o altri composti. Un processo di distillazione separa tra loro. Accanto alla distillazione, esiste una serie di tecniche di separazione, alcune fisiche, altre chimiche. I primi sono basati sulle proprietà fisiche dei materiali, vale a dire.,, proprietà che possono essere osservate o misurate senza modificare l’identità del materiale (ad esempio, il suo stato della materia), mentre i metodi chimici si basano su proprietà chimiche – che determinano l’identità della sostanza.
Metodi di separazione fisica
I metodi di separazione fisica, come la filtrazione e la distillazione, si basano rispettivamente sulla differenza nella dimensione delle particelle e sul punto di ebollizione delle sostanze nella miscela. Queste sono proprietà che possono essere osservate e misurate senza modificare il materiale stesso.,
Filtrazione
Questo è il metodo di separazione più semplice, che può essere condotto utilizzando attrezzature domestiche di base. Nella vita quotidiana, viene applicato nella separazione dei solidi dai liquidi in cui sono stati cotti – pasta, per esempio.
La filtrazione si basa sul fatto che le particelle d’acqua più piccole possono facilmente passare attraverso il filtro, che trattiene le particelle solide più grandi. Quando sforziamo la pasta, il nostro interesse risiede nei solidi, ma in altri casi, è il liquido che cerchiamo, quindi dobbiamo rimuovere i solidi più grandi, mantenendo quelli nel filtro., La dimensione del foro del filtro determina quali materiali vengono trattenuti nel filtro e quali lo attraversano.
La sterilizzazione è un esempio di applicazione industriale della filtrazione. Per rimuovere una contaminazione batterica da una soluzione, la soluzione viene fatta passare attraverso un filtro. I microrganismi sono intrappolati nel filtro, mentre le molecole di soluzione più piccole passano attraverso., Chiamato anche microfiltrazione (a causa delle dimensioni relativamente piccole delle molecole), questo processo viene utilizzato per la sterilizzazione quando altre tecniche, come il riscaldamento o la radiazione ultravioletta, sono inapplicabili a causa dei loro potenziali effetti dannosi sulle molecole della soluzione.
Per filtrare molecole ancora più piccole, che non superano i 100 nanometri di dimensioni (meno di un millesimo di millimetro), viene utilizzato un processo noto come nanofiltrazione., La caratteristica principale di questo processo non è la dimensione dei pori ma le forze elettriche al lavoro tra le molecole, il cui significato aumenta man mano che la dimensione della molecola diminuisce. Un esempio di nanofiltrazione è l’osmosi inversa, utilizzata per la desalinizzazione. Nell’osmosi inversa, viene utilizzata una membrana selettiva, che consente all’acqua di attraversarla ma non alle particelle disciolte. La pressione viene applicata per invertire il flusso naturale dell’acqua, costringendoli a passare dalla soluzione più concentrata a quella più debole. Pertanto, sali e contaminanti sono concentrati su un lato e acqua pulita – dall’altro.,
Distillazione
Nella distillazione, i componenti di una miscela liquida vengono separati sulla base delle differenze nelle loro temperature di ebollizione. Nella sua forma più semplice, la distillazione comporta l’ebollizione della miscela e la raccolta del vapore in un recipiente di condensazione, dove si trasforma in un liquido. I primi vapori ad apparire sono quelli della sostanza il cui punto di ebollizione è il più basso. Mentre l’ebollizione continua, i vapori della sostanza successiva vengono catturati in un altro recipiente di condensazione e così via.,
Per scoprire quando un componente ha finito di bollire e un altro ha iniziato, la temperatura della miscela deve essere costantemente monitorata. Durante l’ebollizione di una sostanza, la temperatura della miscela sarà “bloccata” al punto di ebollizione di quel materiale e quindi continuerà ad aumentare rapidamente.
La distillazione del petrolio greggio si basa su questo principio, che costituisce il primo passo della separazione, per cui l’olio viene separato in frazioni – gruppi di sostanze con diversi intervalli di temperatura di ebollizione. Quindi vengono aggiunti prodotti chimici, allo scopo di migliorare la qualità dei distillati.,
Le frazioni primarie prodotte dalla distillazione iniziale del petrolio greggio sono la nafta, utilizzata per creare benzene per motori di automobili e come materia prima per l’industria della plastica; il cherosene, utilizzato per creare carburante per motori a reazione; il gasolio utilizzato per alimentare i motori diesel e il mazut, utilizzato come combustibile per centrali elettriche.
Le raffinerie di Haifa nei primi anni 1950. Fotografia: Wikipedia.,
Metodi di separazione chimica
I metodi di separazione chimica, come l’estrazione e la cromatografia, si basano sulle interazioni chimiche tra i componenti della miscela o, per essere più precisi, sulle differenze nei punti di forza delle interazioni dei diversi materiali nella miscela con un altro materiale che non ne fa parte. Naturalmente, queste interazioni si basano sulle proprietà chimiche dei materiali da separare.
Estrazione
Nell’estrazione, un soluto viene estratto dal suo solvente., Nell’estrazione liquida vengono utilizzate due fasi liquide immiscibili (non miscelabili). Una sostanza organica (cioè un composto a base di carbonio) disciolta in una fase acquosa passa a una fase organica da cui viene estratta, o viceversa-la sostanza passa dalla fase organica alla fase acquosa, da cui viene estratta.
Un esempio di processo di estrazione è la separazione del DNA dalle proteine in un campione biologico., Nel processo di estrazione, un campione biologico acquoso viene miscelato con due composti organici: fenolo e cloroformio, quindi l’intera miscela viene centrifugata per separare la fase acquosa dalla fase organica. Il DNA rimane nella fase acquosa più leggera, mentre le proteine passano alla fase organica più pesante.
Cromatografia
La cromatografia è un metodo di chimica analitica che consente non solo di separare i composti, ma anche di identificarli e determinarne le quantità., È quindi uno strumento importante nella ricerca scientifica, nelle industrie farmaceutiche e nella medicina legale. La parola deriva da cromo, o “colore”, e grafia, o” scrittura”, poiché è stata originariamente sviluppata da Mikhail Tsvet, un botanico russo-italiano che ha studiato la clorofilla, che dà alle foglie il loro colore verde. Quando separava una miscela di pigmenti vegetali che estraeva, notava le singole bande colorate caratteristiche di ciascuno dei componenti. Oggi, questo metodo viene utilizzato per la separazione di materiali non correlati al loro colore.,
Tutti i tipi di cromatografia si basano sullo stesso principio: Separare le sostanze in una miscela disciolta in un liquido o in un gas, o che è essa stessa un liquido o un gas, in base alle loro interazioni chimiche con la superficie o la colonna utilizzata per la cromatografia. Questa superficie è definita “la fase stazionaria”, mentre il liquido o il gas in cui la miscela è disciolta è definita ” la fase mobile.,”Poiché la forza delle interazioni tra i diversi componenti nella fase stazionaria è diversa da quella della fase mobile, i componenti viaggeranno a velocità variabili, raggiungendo punti diversi lungo la fase stazionaria e possono quindi essere separati.
Una rappresentazione grafica della separazione cromatografica tra materiali – ogni picco rappresenta un componente diverso. Fonte: Wikipedia.
Due tipi di cromatografia superficiale in uso frequente sono la cromatografia su carta e la cromatografia su strato sottile TLC., Nella cromatografia della carta, la fase stazionaria è una sottile striscia di carta fatta di cellulosa, su cui viene applicata una piccola goccia della miscela. La carta viene immersa in un liquido come acqua o etanolo, che “sale” sulla carta a causa della forza capillare. Quando il liquido raggiunge la miscela, “trascina” con sé i componenti della miscela. I componenti della miscela che hanno formato forti interazioni con la carta saliranno lentamente sulla carta, mentre le sostanze che hanno formato interazioni deboli con la carta saliranno rapidamente., Il prodotto finale è una sequenza di punti, in cui ogni punto rappresenta un componente diverso della miscela.
La cromatografia a strato sottile si basa su un principio simile, ma in questo caso la fase stazionaria è realizzata in vetro, carta di alluminio o plastica rivestita da un materiale assorbente, come silice o ossido di alluminio. Questo metodo è più veloce e più accurato della cromatografia su carta ed è comunemente usato in chimica organica per valutare la purezza di un materiale e per il test iniziale delle quantità di componenti in una miscela.
