Konu Anlatımı
Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?
Birlikte duran maddelerin hepsi tek bir tür değildir. Bir yemek tabağında bulunan yağ ile su, bir bardakta çözünmüş şeker, bir nehirde sürüklenen kum taneleri, bir çamaşır makinesinin içindeki deterjanlı su hep karışım örneğidir; ancak bu karışımların görünümü, ayrılma kolaylığı ve bileşenlerinin nerede bulunduğu birbirinden çok farklıdır. Karışımı doğru sınıflandırmadan doğru ayırma yöntemi seçilemez.
Bu konuda iki işi birlikte yapacağız. Birincisi sınıflandırma: karışımın kaç faz içerdiğini, taneciklerin ne kadar büyük olduğunu ve türlerin birbirinde çözünüp çözünmediğini belirleyeceğiz. İkincisi yöntem seçimi: eleme, süzme, filtreleme, ayırma hunisi, damıtma, kristallendirme, kromatografi, elektroforez, santrifüj ve mıknatıslı ayırma gibi yöntemlerden her birinin dayandığı ölçütü öğreneceğiz. Her yöntem için "neye göre ayırıyor" sorusu, doğru yöntemi seçmenin anahtarıdır.
Ön Bilgi: Ölçüm ve Yüzde
Ayırma yöntemlerinin çoğu kütle ya da hacim farkına dayanır. Bu nedenle ayırma sorularında iki tür hesap sık karşımıza çıkar: bir bileşenin toplam kütle içindeki payını bulmak ve ayırma sonrasında kalan miktarı bulmak. İkisi de kütle korunumu yasasının doğrudan uygulamasıdır; başlangıçtaki kütle, ayrılan kütle ve kalan kütle birbirine eşittir.
Oranların yüzde karşılığı da karışım sorularında sık kullanılır. Bir karışımda bileşenler oransız bulunabildiği için yüzde değerleri toplamı yüzde yüz olmak zorunda değildir; bu, karışım ile bileşiği ayırt etmenin en pratik yoludur. Bileşikte ise bileşen oranları sabittir ve yüzdeleri toplamı yüzde yüzdür.
Temel Kurallar
Homojen karışım tek fazlıdır. Çözünen çözücüde tamamen dağılmış hâldedir; ayrım çizgisi yoktur ve karışım ışığı geçirir. Çözelti, homojen karışımın en yaygın örneğidir.
Heterojen karışımda en az iki faz vardır. Katı bir parçacığın sıvı içinde askıda kalması hâlinde süspansiyon, bir sıvının başka bir sıvıda damlacıklar hâlinde dağılması hâlinde ise emülsiyon adı verilir.
Kolloidal karışım ara bir durumdur. Dağılan tanecikler gözle görülemeyecek kadar küçük, molekül düzeyinden ise büyüktür; karışım çoğu kez ışığı saçtığı için görünürdür ve bekleyince üstü berrak, altı bulanık bir görünüm kazanır.
Ayırma yöntemi karışımın özelliğine göre seçilir. Boyut farkı varsa eleme, çözünmüş katı varsa süzme ve filtreleme, yoğunluk farkı varsa ayırma hunisi ve santrifüj, kaynama noktası farkı varsa damıtma, çözünürlük farkı varsa kristallendirme kullanılır.
Ayırma sırasında tür oluşmaz. Kromatografi ve elektroforez de fiziksel ilkelere dayanır; seçilen yöntem ne olursa olsun ayırma sonrası elde edilen türlerin bileşimi değişmez. Bu yüzden ayırma sonrası maddeler yine saf olmayabilir, art arda iki ayırma gerekebilir.
Kavram Karşılaştırma Tablosu
Aşağıdaki tablo karışım türlerini ayırt edici özellikleri ve kendilerine uygun ayırma yöntemleriyle birlikte karşılaştırır. Yöntem seçerken soru, karışımın hangi özelliğe göre ayrılabileceğidir.
| Karışım Türü | Ayırt Edici Özellik | Uygun Ayırma Yöntemi |
|---|
| Çözelti (homojen) | Çözünen çözücüde tamamen dağılır, tek faz vardır | Damıtma, kristallendirme, kromatografi |
| Süspansiyon | Katı parçacıklar sıvı içinde askıda kalır | Süzme, filtreleme, santrifüj |
| Emülsiyon | Bir sıvı diğeri içinde damlacıklar hâlinde dağılır | Ayırma hunisi, santrifüj, bekletme |
| Kolloidal karışım | Tanecikler çok küçüktür, ışık saçılması görülür | Elektroforez, kromatografi, koagülasyon |
| Kaba heterojen karışım | Parçacıklar iridir, ayrım çizgisi gözle görülür | Eleme, ayırma hunisi |
| Homojen karışım (genel) | Tek faz vardır, ayrım çizgisi bulunmaz | Damıtma, kristallendirme |
Adım Adım Çözülmüş Örnek
Adım 1 — Karışımın kaç fazı olduğunu belirle. İçinde ayrılabilir bir sınır ya da çökelti görülüyorsa karışım heterojendir. Hiçbir sınır görülmüyor ve tanecikler çok küçükse karışım homojen ya da kolloiddir.
Adım 2 — Tanecikleri yerinde tutan ölçütü sor. Katı parçacıklar mı, sıvı damlacıkları mı, yoksa molekül düzeyinde dağılmış türler mi var? Yanıt sırasıyla süspansiyon, emülsiyon ve çözeltiye götürür.
Adım 3 — Ayırma ilkesini eşle. Boyut farkı eleme, farklı çözünürlük kristallendirme, farklı kaynama noktası damıtma, farklı yoğunluk ayırma hunisi, manyetik özellik mıknatıs, elektriksel yük elektroforez, farklı adsorpsiyon kromatografi ilkesidir.
Adım 4 — Sonucu kütle yüzdesiyle denetle. Ayırma sonrası her bileşenin kütlece yüzdesi hesaplanır. Bileşen oranları sabitse elde edilen madde saf, oranlar hâlâ değişiyorsa ikinci bir ayırma gerekir.
Sık Yapılan Hatalar
Karışım ve ayırma sorularında en çok puan kaybettiren hatalar şunlardır. Çoğu, yöntemin adını bilmemekten değil yöntemin dayandığı ilkeyi bilmemekten kaynaklanır.
- Berrak görüneni homojen saymak: Çözünen tanecikleri çok küçük olduğu için tek bir faz gibi görünebilir; oysa karışım hâlâ tanecik içerir. Ayrım çizgisi görülmemesi tek başına homojenlik kanıtı değildir, kolloidal karışım da berrak görünebilir.
- Süzme ile filtrelemeyi aynı saymak: Süzme bir süzgeçten geçirerek ayırır, filtreleme ise gözenekli bir kağıt üzerinde tutar. Gözenek farkı nedeniyle ikisi farklı tane boyutlarında ayrım gücüne sahiptir.
- Damıtma ile kristallendirmeyi karıştırmak: Damıtma kaynama noktası farkına dayanır ve uçucu bileşikleri gaz hâline getirir. Kristallendirme ise çözünürlük farkına dayanır ve katı kristaller ayrılır; ikisi de tür oluşturmaz.
- Ayırma yaptığımızı sanıp saflığı varsaymak: Ayırma sonrası elde edilen madde her zaman saflığı tam değildir. Örneğin bir süzme sonrasında kalan sıvıda çözünmüş türler hâlâ bulunur; bu yüzden ikinci bir ayırma gerekebilir.
- Aynı anda hem homojen hem heterojen demek: Bir karışım tek bir anda yalnızca bir sınıfa girer. Ancak aynı düzenekte hem süspansiyon hem çözelti birlikte bulunabilir; bu durumda önce uygun yöntemle ayrılıp türler ayrı ayrı sınıflandırılır.
- Kromatografiyi yönlendirmeyle karıştırmak: Kromatografi, türlerin sabit faza bağlanma farkını kullanır. Yönlendirme ise bir ayırma yöntemi değil, bir alet tasarımı ilkesidir; bu yüzden soruda geçen kavramın hangisi olduğuna dikkat edilmelidir.
Özet
Doğru ayırma yöntemi, karışımın hangi özelliğe göre ayrılabileceğini bilmekle seçilir. Karışım tek fazlı ise homojen, iki ya da daha fazla faz içeriyorsa heterojendir. Çözünen çözücüde tamamen dağılan homojen karışıma çözelti denir; katı parçacıkların sıvıda askıda kaldığı heterojen karışıma süspansiyon, bir sıvının başka bir sıvıda damlacıklar hâlinde dağıldığı karışıma ise emülsiyon denir. Kolloidal karışım bu iki durum arasında yer alır ve ışığı saçtığı için bulanık görünür. Ayırma yöntemleri bir ilkeye dayanır: boyut farkına eleme, çözünmemiş katıya süzme ve filtreleme, yoğunluk farkına ayırma hunisi ve santrifüj, kaynama noktası farkına damıtma, çözünürlük farkına kristallendirme, manyetik özelliğe mıknatıslı ayırma, elektriksel yüke elektroforez, adsorpsiyon farkına kromatografi uygulanır. Bütün bu yöntemler fizikseldir; hiçbiri yeni bir tür oluşturmaz. Bu yüzden ayırma bittikten sonra elde edilen madde her zaman saf olmayabilir ve ayrılan karışımın tamamen saflaştırılması için birden çok yöntem arka arkaya uygulanabilir.
Kendi kendine dene: Şu düzenekleri düşün ve her biri için karışımın türünü, uygun ayırma yöntemini ve bu yöntemin dayandığı ölçütü yaz. (1) Havada asılı kalan toz zerresi, (2) Sütten ayrılan yağ tabakası, (3) Deniz suyundaki tuz, (4) Kum ile çakıl karışımı, (5) Kolonya ağzında damıtılan bitki özü. Ardından bir karışımın saf olup olmadığını yalnızca görünüşle anlamaya çalışmanın neden yanıltıcı olabileceğini açıkla ve saf bir karışımı ayırmak için en az iki yöntemin arka arkaya kullanılmasının gerekçesini yaz.
Ne Öğreneceğiz
Homojen, heterojen ve kolloidal karışım türlerini ayırt etmek; süspansiyon, emülsiyon ve çözelti örneklerini tanımak; eleme, süzme, filtreleme, ayırma hunisi, damıtma, kristallendirme, kromatografi, elektroforez, santrifüj ve mıknatıslı ayırma yöntemlerini seçim ölçütleriyle eşleştirerek karışımları gerekçesiyle ayırmak. Bu konuda ögrenme çıktıları:
- Homojen, heterojen ve kolloidal karışımları ayırt edici ölçütlerle tanır.
- Süspansiyon, emülsiyon ve çözelti örneklerini ayırt ederek adlandırır.
- Ayırma yöntemlerini dayandıkları fiziksel ölçüte göre eşleştirir ve seçer.
- Bir karışımın ayrılabilir olup olmadığını gerekçesiyle tartışır.
- Ayırma sonrası elde edilen maddenin saflığını yüzde hesabıyla denetler.
Basit Örnek ve Günlük Yaşam
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: Şekerin suda çözünerek oluşturduğu düzen ile kumu suda çevirerek oluşturduğu düzen aynı sınıfta mıdır?
- Şeker suda tamamen dağılır ve tek bir faz oluşur.
- Bu düzen bir çözeltidir, yani homojen karışımdır.
- Kum suda çözünmez, askıda kalır ve ayrım çizgisi görünür; bu heterojen bir süspansiyondur.
Sonuç/cevap: Hayır, ilki çözelti (homojen), ikincisi süspansiyondur.
İleri Örnek
Daha ileri bir uygulama:
Soru: Elekten geçen malzeme oranı %65 olan bir karışımın başlangıç kütlesi 800 g ise kaç g malzeme elekten geçmiştir?
- Yüzde değeri oranı, başlangıç kütlesi ise toplam miktarı verir.
- Başlangıç kütlesi yüzde değerinin ondalık karşılığıyla çarpılır.
- Elde edilen kütle, elekten geçen malzeme miktarıdır.
Sonuç/cevap: 520 g
Kendini Dene
Soru: Bir gıda fabrikasında üretilen ürünün yağ oranı etikette yazılan değerden şüpheli bulunmuştur. Üründen örnekler alıp santrifüj, ayırma hunisi ve damıtma yöntemlerini kullanarak yağ oranını nasıl belirleyeceğinizi gerekçesiyle anlatınız; her yöntemin hangi özelliğe dayandığını yazınız ve bulduğunuz oranın üç yüzde değerinden oluşan bir tablo hazırlayınız.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Önce numunelerin karışım türünün belirleneceği ve her numunenin benzer olduğunun belirtileceği yazılır (4 puan). Santrifüjün kütle farkına, ayırma hunisinin yoğunluk farkına, damıtmanın kaynama noktası farkına dayandığı doğru ve gerekçeli biçimde açıklanır (9 puan). Damıtmanın kayıpları nedeniyle tek başına güvenilir olmadığı ama sonuç kontrolü için kullanılabileceği belirtilir (4 puan). Üç ölçümün ortalamasının alındığı ve aralıkların verildiği bir sonuç tablosunun oluşturulduğu gösterilir (5 puan). Ölçümlerin aynı numune üzerinde tekrar edilerek doğrulanması gerektiği de yazılır (3 puan).
