Differenza tra miscuglio e composto

La definizione per eccellenza della chimica è: scienza sperimentale che studia la composizione, le proprietà e le trasformazioni della materia. Ma esattamente questo cosa significa?

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Viene definita materia qualsiasi cosa che occupa uno spazio e possiede inerzia (ovvero la tendenza a uno stato di quiete dovuta alla massa). Per composizione si intendono le parti costituenti l’oggetto che esaminiamo e le proprietà sono qualità che permettono la distinzione dal resto della materia.

Le reazioni della materia affascinano da sempre l’uomo perché visibili in tutto ciò che ci circonda ma per capire la natura degli eventi che osserviamo è necessaria una classificazione che rispetti le proprietà e la composizione, si fa quindi una distinzione tra elementi, composti e miscugli.

Prima di definire queste entità però dobbiamo sapere che una sostanza è detta pura se formata da un solo componente e presenta caratteristiche fisico-chimiche (densità, punto di fusione e di ebollizione, colore…) uguali in qualsiasi punto vengano misurate.

Le sostanze pure vengono quindi divise in elementi e composti.

Elemento

Sostanza pura che non può essere ridotta a sostanze più semplici e cioè composta da un solo tipo di atomo classificato nella tavola periodica, perciò tutta la sostanza ha caratteristiche uguali all’atomo di cui si compone.

L’International Union of Pure and Applied Chemistry, altrimenti abbreviata con la sigla IUPAC, è l’autorità mondiale di riferimento per nomenclatura e terminologia chimica e in tutto riconosce 112 elementi di diversa natura (90 derivano da fonti naturali i restanti da sintesi in laboratorio).

Composto

Sostanza pura riducibile ad almeno due atomi diversi combinati tra di loro a formare delle molecole uguali. Le molecole sono la più piccola unità di materia che conserva la sua composizione.

In altre parole le molecole hanno caratteristiche chimico-fisiche diverse dagli atomi che le compongono ma sono le stesse di tutta la sostanza.

Gli atomi che compongono questa unità hanno proporzioni ben definite, facciamo un esempio: una sola molecola di acqua ha la seguente formula H2O da questa si può dedurre che è composta da 2 atomi di idrogeno (che sulla tavola periodica è riconosciuto con la lettera H) per ogni atomo di ossigeno (il quale sempre secondo la tavola periodica è riconducibile alla lettera O).

Possiamo quindi dire che i composti hanno una composizione costante e definita e che mantengono le stesse proprietà in ogni punto della materia.

Attenzione: anche gli elementi possono essere formati da molecole se queste sono il risultato dell’unione di due atomo uguali (es. O2) .

Miscuglio

La materia classificata come miscuglio (o miscela) è formata da almeno due sostanze e ha come caratteristica fondamentale che non presenta una composizione costante dovuta al fatto che gli elementi che la compongono non rispettano proporzioni.

Le sostanze che compongono un miscuglio mantengono le proprie caratteristiche inalterate, ma sono distinguibili due tipologie di miscugli: omogenei (o soluzioni) ed eterogenei.

Per distinguere i miscugli omogenei dagli eterogenei dobbiamo prima definire la fase, in chimica questa parola indica una quantità di sostanza ben distinguibile e fisicamente separabile che presenta proprietà (indipendenti dalla quantità di sostanza=intensive, come densità, temperatura, volume specifico,..) uniformi.

Omogeneo

Composto da una sola fase e quindi composta da diverse sostanze ma che presenta proprietà intensive uguali in ogni suo punto.

Sotto questo punto di vista si comporta come una sostanza pura ma la differenza sta nelle proporzioni. Infatti una sostanza come l’acqua pura abbiamo visto che ha quantità di elementi ben definiti mentre un miscuglio omogeneo come per esempio acqua e sale non segue una proporzione, infatti finché si scioglie il sale la soluzione sarà sempre omogenea (sia con un cucchiaio che con due).

In generale una miscela omogenea ha proprietà fisiche uniformi in tutto il campione ma possono cambiare tra diversi campioni. Una sostanza omogenea è anche detta soluzione e le sue componenti vengono considerate come solvente, la più abbondante, e soluti quelle in quantità più ridotte.

Alcuni esempi sono acqua e sale (liquido-solido), aria (gas-gas), acciaio (solido-solido) o acqua gassata (liquido-gas).

Eterogeneo

E’ un sistema formato da più fasi che mantengono la propria identità distinta e sono visibili separatamente ad occhio nudo o al microscopio (es. latte) perché immiscibili.

Ma possono presentarsi anche come emulsioni o schiume. Data l’incapacità delle diverse soluzioni di mescolarsi le proprietà fisiche variano da un punto ad un altro.

Riassumendo

A questo punto immagino starai pensando:

Tutto molto bello, interessante… Ma perché devo sapere queste cose?

Gran parte dei procedimenti di sintesi e di identificazione di sostanze svolte in laboratori chimici si basa sulle conoscenze che hai appena imparato grazie ai metodi di separazione e decomposizione.

Separazione

È possibile eseguire una separazione solamente sui miscugli. Cos’è una separazione? E’ un processo fisico il cui scopo è dividere le diverse fasi di una miscela.

Esistono principalmente 3 diversi metodi di separazione:

• Filtrazione: si basa sulla diversa grandezza delle particelle delle fasi che lo compongono, come per esempio acqua e sabbia.

• Distillazione: è una separazione fisica che si basa sulle diverse temperature di evaporazione dei componenti del miscuglio. In genere interessa miscugli di liquidi. Ne esistono di diversi tipi (semplice, frazionata e in corrente di vapore).

• Cromatografia: è una separazione che sfrutta la diversa solubilità e adesione a superfici delle fasi che compongono il miscuglio. Ne esistono di diversi tipi, ma la più semplice è senza dubbio la cromatografia su carta o su amido.

Per comprendere bene queste tecniche vi proponiamo degli esempi, qui riportati solo a titolo informativo perchè ognuno di essi deve essere svolto in sicurezza.

Può essere necessario: la supervisione di un esperto, indossare i dispositivi di sicurezza individuale (occhiali, camice, guanti, mascherina, ecc..) e l’utilizzo di cappe aspiranti e altri macchinari per la sicurezza collettiva e per lo smaltimento dei rifiuti.

Esempio di filtrazione

Procurarsi un miscuglio con due fasi una di acqua salata e l’altra di sabbia.

Materiale:

• imbuto;
• 2 becher (puoi trovarlo scritto anche becker o beaker), uno più piccolo e uno più grande (es. 100 mL e 250 mL)
• carta da filtro;
• bacchetta di vetro;
• spruzzetta con H2O;
• sistema di sostegno per il filtro.

Procedimento:

1. Lavare accuratamente l’attrezzatura in vetro prima di procedere, ricordarsi di sceglierla vetreria a seconda delle quantità da filtrare
2. Nel becher più piccolo introdurre entrambe le fasi del nostro campione di acqua e sale.
3. Predisporre l’attrezzatura da filtrazione, cioè assicurare l’imbuto al sistema di sostegno, posizionare il becher più grande sotto di esso per raccogliere il filtrato e piegare la carta da filtro (in genere si piega 3-4 volte su se stessa per aumentare la superficie a contatto con l’acqua), riaprirla mantenendo le pieghe e posizionarla nell’imbuto.
4. Versare il contenuto del becher con il nostro campione nell’imbuto un po’ per volta in modo da non superare con il livello dell’acqua il bordo della carta da filtro.

Esempio di distillazione semplice

Ci sono diversi esempi di distillazione, da quella dell’alcol a quella per ottenere la benzina. Qui ne introduciamo una facilmente eseguibile in un laboratorio chimico detta semplice, come per esempio la distillazione di solfato di rame (II) in acqua.

La distillazione semplice serve per separare solvente e soluti di una soluzione sfruttando le diverse volatilità, cioè le temperature di ebollizione.

Materiale:

• Apparecchio per distillazione: Composto da: 2 palloni di raccolta, meglio se hanno la possibilità di introdurre un termometro per il controllo della temperatura, collegati tra loro con un tubo refrigerante e si inserisce il primo pallone in un mantello riscaldante.

Per fare questo passaggio ci si può aiutare appoggiando una bacchetta di vetro al bordo del becher, in questo modo si evita di perdere campione con schizzi ed errori di distrazione 5.

Nel caso rimanga della sabbia nel becher piccolo puoi sciacquarlo con piccole aliquote di acqua (in genere viene fatto un una spruzzetta così è più facile controllare la quantità versata) e filtrare anche questa. Per non aggiungere acqua riutilizzare quella precedentemente filtrata e ora contenuta nel becher grande.

Osservazioni: La carta da filtro trattiene tutta la sabbia, detta anche residuo, del campione mentre filtra l’acqua e il sale, cioè il filtrato. NB: acqua e sale formano una miscela omogenea, quindi possiamo dedurre che solo le miscele eterogenee sono separabili per filtrazione.

Esempio di cromatografia:

Come detto precedentemente esistono molti tipi di cromatografia, in assoluto la più semplice è quella eseguita su carta. Procurare acqua e pennarelli.

Materiale:

• Strisciolina di carta;
• Becher;
• Matita e righello;
• Pennarelli;
• Bacchetta di vetro.

Procedimento:

1. Lavare bene la vetreria prima dell’utilizzo
2. Versare il campione (solfato di rame in acqua) in uno dei due palloni (il pallone deve essere riempito fino a metà del suo volume per un esperimento ottimale).
3. Montare l’apparecchio di distillazione e fissarlo bene a una struttura di sostegno.
4. Scaldare il pallone con la soluzione con il mantello riscaldante.
5. Mantenere fissa la temperatura tra i 100°C e i 150°C

Osservazioni: Il pallone che inizialmente conteneva la nostra soluzione azzurra ora ha un colore più intenso tendente al blu, mentre il pallone vuoto contiene una soluzione trasparente. L’acqua evaporata dalla nostra soluzione iniziale (bolle a 100°C) è stata separata e condensata (da gas a liquido), separando così il solvente (acqua) dai soluti (solfato di rame II).

Martina Marcolin

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