TYT Kimya sınavında hemen her sene karışımları ayırma teknikleriyle ilgili en az 1 soru gelmektedir. Çok Net’in bu rehberinde karışımların sınıflandırılmasıyla konusuyla karşınızdayız.
Karışımları Ayırma Teknikleri Nelerdir?
TYT Kimya bağlamında mıknatısla ayırma, statik elektrikle ayırma, ayıklama (elle seçme), eleme, süzme (filtrasyon), dekantasyon (aktarma), yüzdürme (flotasyon), buharlaştırma, kristallendirme, damıtma (distilasyon) ve ayırma hunisi ile ayırma olmak üzere 11 farklı ayırma yöntemi vardır.
Mıknatıs ile Ayırma (Manyetik Özellik Farkı)
Bir karışımın bileşenlerinden biri manyetikse karışıma mıknatıs yaklaştırıldığında sadece manyetik madde mıknatısa çekilir. Örneğin demir tozu - kükürt tozu karışımına mıknatıs tutulduğunda demir partikülleri mıknatısa yapışarak ayrılır. Benzer şekilde hurdalardan demir metal parçalarını ayırmak ya da geri dönüşümde kağıtların arasındaki zımba tellerini toplamak için de manyetik ayırma kullanılır.
Not: Yalnızca ferromanyetik özelliği olan metaller bu yöntemle ayrılır. Bakır ve alüminyum gibi manyetik olmayan metaller mıknatısla ayrılamaz.
Elektriklenme (Statik Yük) ile Ayırma
Bazı maddeler sürtünme ile elektriklenebilir ve yüklü cisimlere karşı duyarlı davranabilir. Bu özellikten yararlanarak belirli karışımlar ayrılabilir. Örneğin, cam veya ebonit çubuğu kumaşla sürterek negatif yükle yüklerseniz ince kağıt parçalarını veya karabiber taneciklerini çekebilir.
Ayıklama Yöntemi (Elle Seçme)
Ayıklama yöntemi, farklı büyüklükteki veya şekillerdeki katı maddelerin elle veya basit araçlarla tek tek seçilerek ayrılması işlemidir. Ayıklama yöntemi özellikle tanecikleri belirgin biçimde farklı olan katı-katı heterojen karışımlarda kullanılır. Örneğin pirincin içindeki istenmeyen siyah taşların ayıklanması, mercimeğin içinden farklı tohumların seçilmesi, fındık içinde istenmeyen parçaların elle toplanması.
Eleme (Kaba Katıların Tanecik Boyutuna Göre)
Eleme yöntemi, farklı büyüklükteki katı taneciklerin uygun gözenek boyutuna sahip elek (kalbur) kullanılarak ayrılmasıdır. Örneğin kum-çakıl karışımı elekle elendiğinde küçük kum taneleri elekten geçer; daha büyük çakıl taşları ise üstte kalarak ayrılır. Benzer şekilde un-kepek karışımı elenerek kepek parçaları üstte kalır.
Süzme (Filtrasyon)
Süzme; bir sıvı içinde çözünmemiş katı taneciklerin, gözenekli bir süzgeç kağıdı veya filtreden geçirilerek ayrılması yöntemidir. Süzme yöntemi bu yönüyle katı-sıvı heterojen karışımlar (süspansiyonlar) için uygundur. Nitekim sıvı faz filtre kağıdından geçerken daha büyük katı partiküller filtre üzerinde kalır. Örneğin demleme çayın posasının süzgeçle ayrılması veya makarnanın haşlama suyundan süzülmesi. Ayrıca hava filtreleri de havadaki toz parçacıklarını tutarak bir tür gaz içindeki katıyı süzme işlevi görür.
Not: Süzme yalnızca çözünmemiş katıları ayırır. Çözelti halindeki (homojen) karışımlarda süzme uygulanmaz; örneğin tuzlu suyu süzerek tuzu ayıramayız. Bu ince detay TYT sorularında öğrencilerin sık yaptığı bir hatalardan biridir.
Dekantasyon (Aktarma veya Çöktürme ile Ayırma)
Dekantasyon; bir sıvı-katı heterojen karışımda yoğunluğu yüksek katı maddelerin zamanla dibe çökmesi sağlandıktan sonra üstteki sıvının dikkatlice başka kaba aktarılması işlemidir. Dekantasyon yöntemi çamurlu su benzeri karışımlarda kullanılabilir.
Örneğin su dolu bir kaptaki kum tanecikleri bir süre bekletildiğinde dibe çöker; üstteki duru su yavaşça başka kaba dökülerek kumdan ayrılır.
Flotasyon (Yüzdürme Yöntemi)
Flotasyon, yoğunluk farkına dayalı bir yüzdürme tekniğidir. Karışımdaki katılardan biri uygun bir sıvı içinde diğerinden daha hafifse; sıvı içerisine karışım konulduğunda hafif olan bileşen yüzeye çıkabilir. Bu yüzeyde Örneğin maden cevherlerinin saflaştırılmasında flotasyon kullanılır. Öğütülmüş cevher su dolu tanklara atılır. Suya göre daha az yoğun olan istenmeyen atık kayaç parçaları yüzeye köpüklerle toplanarak sıyrılır. Son adımda ise alta çöken değerli yoğun cevher ayrılır.
Dikkat: Flotasyon için karışım bileşenlerinin seçilen sıvıda çözünmemesi gerekir. Ayrıca biri mutlaka diğerinden daha düşük yoğunluklu olmalıdır (aksi halde yüzeye çıkan bir faz oluşmaz). Flatasyon yönteminde genellikle karışıma hava kabarcıkları verilir veya karıştırılır ki hafif tanecikler yüzeye tutunsun.
Ayırma Hunisi ile Ayırma (Özkütle Farkı - Sıvı-Sıvı)
Ayırma hunisi, birbirine karışmayan (heterojen) iki sıvının yoğunluk farkıyla ayrılmasında kullanılır. Karışım huninin içine konup bir süre beklenince yoğunluğu büyük olan sıvı altta, hafif olan üstte kalır. Huninin altındaki musluk açılarak alttaki sıvı dikkatlice akıtılır, böylece iki sıvı ayrılmış olur.
Örneğin zeytinyağı - su karışımı ayırma hunisiyle kolayca ayrıştırılır; su altta birikir ve musluktan alınır, yağ üstte kalır. Sanayide ham petrolden farklı yakıt türlerinin (benzín, mazot vs.) ayrılmasında da ilk adım olarak yoğunluk farkıyla fazların ayrıştırılması uygulanır.
Dikkat: Bu yöntem yalnız karışmayan sıvılar (emülsiyonlar) için geçerlidir. Birbirinde çözünmüş sıvılar ayırma hunisiyle ayrılamaz; onları kaynama noktası farkıyla damıtmak gerekir.
Santrifüjleme ve Diyaliz (İnce Askıların Ayrılması)
Santrifüj; yoğunluk farkı küçük veya tanecikleri çok küçük olan karışımlarda, karışımı çok hızlı döndürerek bileşenleri ayırma yöntemidir. Dönme sonucu oluşan merkezkaç kuvvetiyle yoğun maddeler tüpün dibine doğru toplanır, hafif olanlar üste kalır.
Örneğin; kan örneği laboratuvarda santrifüje konduğunda hücreler dibe çöker. Böylece üstteki berrak plazma sıvısı ayrılabilir. Diyaliz ise yarı geçirgen bir zardan geçirerek kolloid boyutlu tanecikleri ayırma yöntemidir. Küçük moleküller zardan geçerken büyük partiküller geçemez. Örneğin böbrek hastalarının tedavisinde kullanılan diyaliz makinesi, hastanın kanını özel zardan geçirerek kanda birikmiş küçük atık molekülleri süzer, büyük proteinler kanda kalır.
Kaynama Noktası Farkı ile Ayırma (Damıtma)
Damıtma (distilasyon), bir çözeltinin ısıtılarak uçucu bileşeninin buharlaştırılıp sonra tekrar yoğuşturularak ayrı kapta toplanması esasına dayanır. Damıtma yönteminde karışımdaki maddelerin kaynama noktalarının farklı olması gerekir. Isıtıldığında daha düşük kaynama noktalı bileşen önce buharlaşır; bu buhar bir soğutucu düzenekten geçirilerek tekrar sıvıya dönüştürülür ve ayrı toplanır. Böylece karışım bileşenleri ayrılır.
Öte damıtma yönteminin iki alt tipi vardır:
- Basit damıtma: Katı-sıvı homojen karışımlarda veya birbirinden çok farklı kaynama noktasına sahip sıvılarda uygulanır. Örneğin tuzlu su karışımı basit damıtma ile ayrılabilir. Su kaynatılıp buharı yoğunlaştırılarak saf su destilatı elde edilir, geride tuz kalır. Böylece her iki bileşen de saf halde toplanmış olur. (Sadece su buharlaştırılıp tuz elde edilmesi ise buharlaştırma yoluyla ayırmadır, damıtma denmez.)
- Ayrımsal damıtma: Birden fazla sıvının oluşturduğu çözeltilerde (sıvı-sıvı homojen karışımlar) kullanılır. Kaynama noktaları birbirine yakın olan sıvıları kademeli olarak ayırmaya yarar. Örneğin alkol-su karışımı ayrımsal damıtma ile bileşenlerine ayrılabilir. %100 saf alkol elde etmek zordur ama bu yöntemle alkol buharı ilk önce çıkıp yoğunlaştırılarak büyük oranda ayrışır. Petrol rafinerilerinde ham petrolden benzin, gazyağı, motorin gibi ürünlerin elde edilmesi de farklı sıcaklıklarda buharlaştırma ve yoğunlaştırmaya dayalı ayrımsal damıtma kolonlarıyla gerçekleştirilir.
Not: TYT Kimya testlerinde basit damıtmanın bir sıvı-bir katı karışımı için; ayrımsal damıtmanın ise iki veya daha fazla sıvı için olduğunu unutmamak gerekir.
Çözünürlük Farkı ile Ayırma (Ekstraksiyon)
Bir karışım bileşenlerinden biri belirli bir çözücüde çözünürken diğeri çözünmüyorsa bu özellik kullanılarak özütleme (ekstraksiyon) yapılabilir. Ekstraksiyon yönteminde önce karışıma uygun bir çözücü eklenir. Sadece istenen madde çözünür ve çözelti fazına geçer. Ardından çözeltiden bu madde ayrıştırılır (gerekirse çözücüsü buharlaştırılır).
Örneğin kum - tuz karışımını ayırmak için su ile ekstraksiyon yapılabilir; su tuzu çözer, kum çözünmeden kalır. Sonra kum süzülerek uzaklaştırılır ve tuzlu suyu buharlaştırıp tuz kristalleri elde edilir.
Bir başka örnek; çay yapraklarından sıcak su ile çayın özütlenmesidir. Sıcak su yapraktaki aromatik ve renk veren maddeleri çözer. Posayı ise atarız.
Kristallendirme ve Ayrımsal Kristallendirme
Kristallendirme, bir katının çözünmüş olduğu çözeltiden yeniden katı (kristal) halde çökelmesini sağlama işlemidir. Genelde çözücü buharlaştırılarak veya çözeltinin sıcaklığı düşürülerek çözünmüş madde kristal formda ayrılır. Örneğin şekerli suyun yavaşça soğutulmasıyla şeker kristallerinin oluşması.
Ayrımsal kristallendirme ise iki katı maddenin aynı çözücüdeki çözünürlüklerinin sıcaklıkla farklı şekilde değişmesi ilkesine dayanır. Çözelti belirli bir sıcaklık değişimine uğratıldığında bileşenlerden biri daha önce doygunluğa ulaşıp kristal olarak çökerken diğeri hala çözeltide kalır.
Not: Kristallendirme yönteminde maddelerin çözünürlük eğrilerinin farklı olması gerekir. Genelde sıcaklıkla çözünürlüğü çok değişen bir madde, az değişen bir maddeyle ayrımsal kristallendirmeye tabi tutulur. TYT Kimya çalışırken ayrımsal kristallendirme ile ayrımsal damıtmayı karıştırmamalısınız (biri katılar için, diğeri sıvılar içindir).
Erime Noktası Farkı ile Ayırma (Alaşımlar)
Alaşımlar (metal-metal homojen karışımlar) bileşenlerine erime noktası farkı kullanılarak ayrılabilir. Karışımı oluşturan metallerden erime noktası daha düşük olan, uygun sıcaklıkta ısıtıldığında önce eriyerek sıvı faza geçer ve ayrılır. Örneğin kurşun (Pb) ve kalay (Sn) metal karışımı (lehim) 250 °C civarında ısıtıldığında önce erime noktası düşük olan kalay eriyip akarak ayrı toplanır. Kurşun daha yüksek sıcaklık gerektirdiğinden katı kalır. Bu sayede lehim alaşımından kalay ve kurşun kısmen ayrıştırılabilir. Benzer şekilde altın-gümüş karışımı da uygun sıcaklıklarda kademeli eritilip ayrılır.
Gaz Karışımlarının Ayrılması (Yoğunlaşma Noktası Farkı)
Birbirine karışmış gazları ayırmak için karışım soğutularak bileşenlerin farklı yoğunlaşma (yoğuşturma) noktalarına ulaşması sağlanır. Gazlar sıvılaştırılırken kaynama (yoğunlaşma) noktası en yüksek olan gaz önce sıvı hale geçer; diğerleri ise hala gaz kalır. Sonra sırasıyla diğer gazlar yoğunlaştırılır. Örneğin hava karışımını (-200 °C civarına kadar) soğutarak sıvı hava elde edilir; ardından sıvı hava fraksiyonlanır: Önce yüksek kaynama noktalı bileşenler (örneğin CO₂, ardından O₂) sıvılaşır, en son en uçucu olan azot sıvılaşır. Bu şekilde oksijen, azot, argon gibi gazlar havadan ayrıştırılır.
Not: Bu işlem oldukça düşük sıcaklıklar gerektirdiğinden laboratuvarda değil endüstriyel ortamda yapılır. TYT Kimya kapsamında bilmejiz gereken, havanın sıvılaştırılarak bileşenlerine ayrıldığıdır. Gaz karışımlarını ayırma soruları genelde bu örnek üzerinden gelir.
Karışımları Ayırma Teknikleri Örnek Soru
Soru: “Karışımları ayırma yöntemleri” ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?
A) Basit damıtma katı–sıvı homojen karışımlara uygulanır.
B) Ayrımsal damıtma yönteminde kaynama noktası farkından yararlanılır.
C) Sıvı–sıvı heterojen karışımları ayırmada ayırma hunisi kullanılır.
D) Diyaliz, tanecik boyutu farkından yararlanılarak yapılan bir ayırma yöntemidir.
E) Süzme ile ayırma katı–sıvı homojen karışımlara uygulanır.
Çözüm: E seçeneği yanlıştır. Süzme (filtrasyon) yöntemi, heterojen katı-sıvı karışımlara uygulanabilir; homojen çözeltilere uygulanamaz. Tuzlu su gibi homojen bir karışımı süzerek ayırmak mümkün değildir (tuz su içinde çözündüğü için filtre kağıdında tutulmaz). Bu tür çözeltileri ayırmak için damıtma yöntemi kullanılmalıdır. Diğer şıklar doğru bilgileri içerir: Basit damıtma katı çözeltiler için uygundur, ayrımsal damıtma kaynama noktası farkına dayanır, ayırma hunisi birbirine karışmayan sıvıları ayırır, diyaliz de tanecik boyutu farkıyla ayrışma sağlar – bu bilgiler doğrudur.
Karışımları Ayırma Teknikleri Tablosu