Ayrımsal Kristallendirme Örnek

Bilim dalının en önemli tekniklerinden olan ayrımsal kristallendirme bu önemiyle birlikte insanlarda birçok soru ve merak uyandırmaktadır. Ayrımsal kristallendirme nedir sorusu da bu soruların en başında gelmektedir. Maddeleri ayrıştırmak için kullanılan ayrımsal kristallendirme yöntemi nerelerde kullanılır ve neyi ayırır gibi sorular da aynı şekilde merak konusudur. Gelin hep birlikte ayrımsal kristallendirme nedir öğrenelim.

Ayrımsal Kristallendirme Nedir?

Ayrımsal kristallendirme, fiziksel kimya alanıdır. Organik ya da inorganik, yalın ya da karışım halindeki kimyasal sistemleri fizik yasaları yöntemleriyle inceleyen bilim dalının bir alanı olan bu ayrıştırma tekniği birçok alanda kullanılmaktadır. Karışım ise, birden fazla maddenin kimyasal özellikleri değişmeyecek şekilde bir araya gelmesiyle oluşan madde topluluğudur. Saf maddeler element ve bileşiklerden oluşur. Fakat maddelerin çoğu ne tek bir elementtir ne de tek bir bileşiktir. Maddelerin çoğu saf madde olmayan karışımlardır. Karışımlar homojen, kolloid ve heterojen olmak üzere üçe ayrılır. Bir karışımdaki iki bileşen de suda çözündüğünden, bileşenlerin farklı çözünürlüklere sahip olmalarından yararlanılarak uygulanan bir ayırma tekniğidir. Her tarafında aynı özelliği gösteren, tek bir madde gibi gözüken karışımlara homojen karışımlar denir ve karışımı meydana getiren maddeler gözle veya optik aletlerle görülemezler. Homojen karışımlara genel olarak "çözeltiler" de denir. Tuzlu su, şekerli su, alkollü su, çeşme suyunu homojen karışıma örnek verebilir. Örneğin tuz-şeker karışımını ayırmak için önce suya atılarak çözünmeleri sağlanır. Sıcakta daha iyi çözündükleri için karışım iyice ısıtılır. Daha sonra soğutmaya başladığında, sıcaklık düştükçe çözünürlükleri azalır ve kristal olarak çökmeye başlarlar. Önce şeker, daha sonra da tuz kristal olarak çöker.

Ayrımsal Kristallendirme Yöntemi Nerelerde Kullanılır ve Neyi Ayırır?

Kristallendirme işlemi, katı olan karışımlarda bulunan bileşenleri birbirinden ayıran ve bu bileşenleri saflaştırma işlemine tabii tutan bir işlem olarak bilinir. Sadece organik kimyada değil, uygulamanın basitliği ve etkinliği itibariyle kimyanın diğer alanlarında da yaygın olarak kullanılan yöntemlerin en başında gelmektedir. Saflaştırmaya ise kristallendirme adı verilir. Karışımları bu yöntem ile birlikte ayırmaya ayrımsal kristallendirme adı verilir. Temel anlamda her ikisi de aynı işlemleri kapsar. Katı, sıvı ve gaz bileşikler arasında, katı maddelerle uğraşmak, yapılarını aydınlatmak ve elde etmek diğer bileşenlere göre daha kolaydır.
O yüzden bu yönteme genel olarak katı maddede yer alan safsızlık durumlarından kurtularak saf hale getirme yöntemi de denilebilir. Bu yöntem şu aşamalardan meydana gelir:
1- Saf olmayan bir organik yapı olan karışım, minumum hacimdeki sıcak çözücüde çözülür.

2- Çözünmemiş olan safsızlıklar varsa bunlar süzülerek safsızlıktan kurtarılır.
3- Ürün ve çözünmüş safsızlıkları içeren çözelti soğumaya bırakılarak organik katının kristallenmesi sağlanır. Kristallendirme işlemi tamamlanıncaya kadar kendi halinde kalır.
4- Kristaller süzülerek çözeltinen ayrılır ve uygun bir ortamda kurutulmasıyla ayrımsal kristallendirme işlemi tamamlanır.

Örneğin; sodyum klorür ile potasyum nitrat bileşenlere ayrılabilir. Bu karışım yeteri kadar sıcak olan bir suda çözünmeye başlar. Sonra soğutulur. Bu karışım soğutulurken, belli bir sıcaklığa ulaştığı zaman potasyum nitrat çökmeye başlar. Sonrasında süzülür ve karşımdan ayrılır. Geriye kalan karışım ise soğumaya devam eder. Sodyum klorür de çökerek ayrılmış olur. Endüstride yemek tuzu elde edebilmek için de kullanılan bir yöntem olarak bilinir.

Uygun bir kristallendirme çözücüsünde aranan özelliklerden biri, ürünün çözünürlüğü sıcaklıkla artarken, istenmeyen safsızlıkları da ya sadece soğukta ya da sadece sıcakta çözmesidir. Çözücü seçimi her zaman kolay değildir. Organik katıların çözünürlüğü, çözücü ve çözünenin bağıl polarlıklarıyla çözünenin krsital yapısına bağlıdır. Karışımdaki bileşenleri çözünürlükleri farkından yararlanarak ayırma yöntemlerinin en bilinenlerinden olan ayrımsal kristallendirme birçok alanda kullanılmaktadır. Şekerli suyun buz banyosuna konularak soğutulması sonucu çözünen şekerin kristallenmesi ya da aynı sıvıda çözünen iki ya da daha fazla katının çözünürlüklerin sıcaklık değişiminden farklı etkilenmesi örneği olarak verilen tuz+şeker karışımının ayrıştırılması bu yöntemee örneklerin en başında gelir.

1-   Ayıklama
2-   Eleme

3-   Mıknatısla ayırma

4-   Süzme

5-   Santrifüjleme

6-   Diyaliz

7-   Süblimleşme

1-Ayıklama (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIM):

Ayıklama renk farkı, atıkların içinden metallerin mıknatıslanma ile ayrılması şeklinde de yapılabilir.

Çürük meyve ve sebzelerin ayrılması

Kömürün taş ve topraktan ayrılması

Kağıt atıkların metallerden ayrılması

Pirinç, mercimek, bakliyatların taş seafoodplus.info ayrılması

2- Eleme (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIM):

Tanecik boyutu farklı katı-katı heterojen karışımlarını ayırmada kullanılan basit bir yöntemdir. Özellikle inşaat sektöründe önemini hala korumaktadır. Kum ve çakıl taşı, pirinç ve tuz, un ve yabancı maddelerin ayrılması.
3-Mıknatısla ayırma (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIM):
Demir, kobalt, nikel gibi magnetik özelliği olan maddeler mıknatıs tarafından
çekilirler (ferromanyetik maddeler) Eski gazete ve kağıtların toplanması sırasında karışan metaller, kağıt hamur haline getirilirken  mıknatıs yardımıyla ayrılıseafoodplus.info tozu-odun talaşı ve demir tozu-kükürt tozu karışımlarının ayrılması.
4-Süzme (KATI-SIVI, KATI-GAZ HETEROJEN KARIŞIM):
Bir sıvı veya gaz  içerisinde çözünmemiş halde bir katı bulunuyorsa bu katı uygun seçilen süzgeçler yardımıyla ayrılır. Amaca uygun gözenekleri farklı süzgeçler kullanılır. Katı-sıvı heterojen karışımları genellikle süzgeç kağıdı kullanılarak ayrılır . Çamurlu su, naftalin-su, makarna, çay, hava ve gaz filtreleri, gaz maskeleri..
5-Santrifüjleme (KATI-SIVI HETEROJEN KARIŞIMLAR):
Süzgeç kağıdından geçebilen katı maddeler santrifüjlenerek ayrıştırılabilirler. Santrifüj merkez kaç kuvveti sayesinde küçücük tanecikleri deney tüpünün çeperlerine yapıştırır.Böylece ayırma işlemi tam olarak sağlanabilir.Sütten krema ve tereyağı eldesi, kan ve idrar tahlillerinde, laboratuar ortamında yapılan çökelekayrılması deneylerinde kullanılır.
6-Diyaliz (SIVI-KATI KOLLOİT)
Koloidal karışımların ayrıştırılmasında kullanılan bir yöntemdir.  Yöntem, karışımların diyaliz tüpünün gözeneklerinden geçmesi esasına dayanır. Diyaliz zarı yarı geçirgen olduğu için küçük moleküller zardan geçerken, daha büyük moleküller içerde kalır. Böbrek yetmezliği hastalarının bağlandığı diyaliz makinaları da bu yöntemle çalışır..
7-Süblimleşme (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIMLAR)
Süblimleşen katılar bu yöntemle ayrılır. Naftalin-tuz, katı iyot-tuz  süblimleşme ile birbirinden ayrılır.
Yoğunluk Farkından Yararlanılarak Yapılan Ayırma İşlemleri:
Yoğunlukları farklı olan maddelerin oluşturduğu heterojen karışımları ayırmada kullanılan yöntemlerdir. 
(Katı &#; katı heterojen karışımların ayrılması)
1-  Savurma     2-Özkütle farkı ile 
(Sıvı &#; sıvı heterojen karışımların ayrılması)
3-  Ayırma hunisi 4-  Çöktürme        5-  Aktarma   6-  Yüzdürme        7-  Elektriklenme
1-   Savurma (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIMLAR):
Katı-katı karışımlarında yoğunluğu küçük olan maddeler savurma   yöntemiyle yoğunluğu büyük olanlardan  ayrılırlar.  Özellikle rüzgarlı havalarda yapılan bu işlemle  çiftçiler tohumlu bitkileri saman ve sapından ayırırlar. Buğday ve samanı, bulgur ve kepeği  birbirinden ayırmak için yapılır.
2- Özkütle farkı ile ayırma (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIMLAR) 
Özkütleleri birbirinden farklı olan suda çözünmeyen katılar suyla karıştırılır. Özkütlesi büyük olan katı madde dibe çöker, hafif olan katı madde yüzeye çıkar. Kaşık ya da spatül ile yüzeyden toplanır.Kum-talaş, kum-kükürt tozu.
3-Ayırma hunisi (SIVI-SIVI HETEROJEN KARIŞIMLAR):
Huni içinde yoğunluğu büyük olan madde altta yoğunluğu küçük olan madde ise üste toplanır. Huninin vanası açılarak alttaki kısım bitinceye kadar başka bir kaba sıvı akıtılarak ayırma işlemi tamamlanır.  (Zeytin yağı-su)
4-Çöktürme (KATI-SIVI HETEROJEN KARIŞIMLAR):
İki çözelti birbirine karıştırıldığında, çözeltideki iyonları birbiriyle tepkimeye girerler. Bu tepkimede oluşan ürünler suda az çözünen maddelerdense , bu madde çöker (çökelek), bu olaya da çöktürme tepkimesi denir. Atık suların ve içme sularının temizlenmesi, sarkıt ve dikitlerin oluşumu. Pamukkalede gerçekleşen beyaz görünüm sıcak sularda çözünmüş olan karbonatların yeryüzüne çıkınca soğuyan sudan çökelmesiyle oluşur. Suyun arıtılmasında da demir, fosfat gibi iyonlar çöktürme yöntemiyle uzaklaştırılır.
5-Aktarma(dekantasyon) (KATI-SIVI HETEROJEN KARIŞIMLAR):
Katı-sıvı heterojen karışımlarında, katı tamamen çöktükten sonra, üstte kalan sıvının dikkatlice başka bir kaba aktarılması işlemine denir. Zeytinyağı üretimi, şarap üretimi, altının su ve topraktan ayrılması, kum-su karışımının ayrılması.
6-Yüzdürme (flotasyon) (KATI-SIVI HETEROJEN KARIŞIMLAR):
Sudan hafif olan katı taneciklerinin su yüzeyine yükseltilerek uzaklaştırılmasıdır. Madencilik sektöründe  cevherlerin saflaştırılmasında çok kullanılır. Toz haline getirilen maden cevheri yağ-su karışımında basınçlı havayla köpük oluşturarak yüzeye çıkarılır. Diğer maddeler dipte kalır. Üstteki köpükle birlikte cevher alınır. Ispanağın, marulun yıkanması,  Kükürt tozu-su, saman-su karışımının ayrılmasında kullanılır.
7-Elektriklenme yoluyla ayırma (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIMLAR): 
Katı-katı heterojen karışımlarını ayırmak için kullanılan bir yöntemdir. Ebonit çubuk, kumaş parçasına ya da saçımıza sürdüğümüzde elektrik yüküyle yüklenir. Kağıt parçası, kara biber gibi çok hafif maddeler bu elektriklenmiş ebonit çubuk ya da tarak tarafından tutularak ayrılırlar. 
Çözünürlük Farkından Yararlanılarak Yapılan Ayırma İşlemleri: 
Maddelerin çözünürlüklerinin farklı olmasına dayalı ayırma yöntemleridir. Örneğin tuzlu peynir yada zeytinin suda bekletilmesiyle tuz peynir ve zeytinden ayrılarak suya geçer.
1-  Kristallendirme
2-  Ayrımsalkristallendirme
3-  Ekstraksiyon
4-   Çözünürlük farkı ile
1- Kristallendirme (KATI-SIVI HOMOJEN KARIŞIMLAR):
Katıların çözünürlüğü sıcaklıkla artar. Bu şekilde sıcakta hazırlanmış çözelti soğumaya bırakılınca çözünen katı düzgün geometrik şekilli olarak tekrar çökelir. Bu olaya kristallenme denir. (Tuzlu su, şekerli su) Katı-sıvı homojen karışımlarda sıvının buharlaştırılarak, katı maddenin elde edilmesine denir. ÖRNEK: Tuz- su karışımından, suyun buharlaştırılarak, tuzun elde edilmesi.
2- Ayrımsal Kristallendirme (KATI-KATI HOMOJEN KARIŞIM)
Sudaki çözünürlüklerinin sıcaklıkla değişimi birbirinden farklı olan iki katının ayrılması için kullanılır. Katı maddenin ikisi de suda çözünür. Elde edilen çözelti soğutulur. Çözünürlüğü sıcaklıkla azalan katı önce dibe çöker. Çöken katı dikkatli bir şekilde süzülerek karışımdan ayrılır. Bir çözeltide bulunan birden fazla tuzun, farklı sıcaklıklarda, katı halde çöktürülmesiyle (Sıcaklıkla çözünürlüğü önemli ölçüde birbirinden farklı olan) yapılan ayırma işlemine denir.
ÖRNEK: KNO3 ve Cs2 SO4 x 8 H2O karışımının ayrılması. (Sıcaklık artırıldığında Potasyum Nitratın sudaki çözünürlüğü artarken, sezyum sülfatın sudaki çözünürlüğü azalır.)
Deniz suyundan yemek tuzu elde etmek. NaCl - KNO3 karışımının ayrılması
3-Ekstraksiyon (Özütleme-Çekme) yöntemiyle ayırma (KATI-SIVI HOMOJEN KARIŞIMLAR):
Katı veya sıvı bir karışımın eklenen çözücü yardımıyla karıştığı diğer katı ve sıvıdan ayrılması işlemine ekstraksiyon (özütleme, çekme) denir. Şeker pancarından şeker eldesi Meyve aromalarının eldesi Bitkilerden yağ eldesi Tuzlu topraktan tuz eldesi İlaç ve  parfüm üretimi Çayın demlenmesi Söğüt ağacından aspirin eldesi Ekstraksiyon işlemleri genellikle yuvarlak ya da oval ayırma hunisi kullanılarak gerçekleştirilir. Ayırma hunisinin büyüklüğü, toplam hacminin iki katı kadar olmalıdır. 
4-Çözünürlük farkı ile ayırma (KATI-KATI HETEROJEN KARIŞIMLAR)
Katılardan birini çözen, diğerini çözmeyen bir sıvı seçilir. Çözünmeyen madde diğerinden süzme ile ayrılır. Tuz-kum, tuz-kükürt tozu karışımı
Hal Değiştirme Sıcaklıkları Farkından Yararlanılarak Yapılan Ayırma İşlemleri:
1-  Kaynama Sıcaklıkları Farkına Göre
2-  Erime Sıcaklıkları Farkına Göre
3-  Yoğunlaşma Sıcaklıkları Farkına Göre
Kaynama Sıcaklıkları Farkından Yararlanılarak Yapılan Ayırma İşlemleri:
Kaynama sıcaklıkları farklı olan sıvıların oluşturduğu karışımlar bu fark dikkate alınarak yapılan kaynatma işlemleriyle birbirlerinden ayrılabilirler .
1-  Buharlaştırma
2-  Basit damıtma (destilasyon) yöntemiyle ayırma
3- Ayrımsal damıtma (fraksiyonludestilasyon) yöntemiyle ayırma
1-  Buharlaştırma yöntemiyle ayırma (KATI-SIVI HOMOJEN KARIŞIMLAR)
Bir katı sıvı homojen karışımında sadece katı bileşen elde edilmek istendiğinde buharlaştırma işlemi yapılır. Tuz-su,  şeker-su karışımlarının ayrılması.
2-  Basit damıtma (destilasyon) yöntemiyle ayırma  (KATI-SIVI HOMOJEN KARIŞIMLAR)
Bir sıvının, önce buharlaştırılıp sonra tekrar yoğunlaştırarak  yapılan ayırma işlemine denir. Her iki bileşende elde edilmek istendiğinde basit damıtma (destilasyon) yapılır. (Tuzlu su, şekerli su) Sıvı olarak elde edilen ürüne damıtık ürün ya da destilat adı verilir. Damıtma, karışımdaki maddelerin kaynama sıcaklıklarının farklı olması temeline dayanır. Kaynama noktaları yakın sıvı-sıvı karışımları basit damıtma düzeneği ile tam saflıkta ayrıştırılamaz. Kaynama noktası 78 0C olan alkol sudan ayrılırken bir miktar su da buharlaşır. Bunu önlemek için ayrımsal damıtma uygulanır. Bu işlemdeki fark damıtma kolonunun bulunmasıdır. 
3- Ayrımsal damıtma (fraksiyonlu destilasyon) yöntemiyle ayırma (SIVI-SIVI HOMOJEN KARIŞIM) 
Birbiri içerisinde homojen olarak dağılmış sıvıların, yine kaynama noktalarından yararlanarak, önce buharlaştırıp sonra yoğunlaştırarak yapılan ayırma işlemine denir.
ÖRNEK: Petrolün damıtılması
Erime Noktası Farkından Yararlanılarak  Yapılan Ayırma İşlemleri
(KATI-KATI  HETEROJEN KARIŞIMLAR)
Erime sıcaklıkları birbirinden farklı olan metal karışımları yüksek sıcaklıkta ısıtılır. Erime sıcaklığı düşük olan önce erimeye başlar, bir başka kaba aktarılarak karışımdan ayrılır. Bu yöntemin uygulanması için katıların erime noktası farkının fazla olması gerekmektedir. Metallerin saflaştırılması, alaşımları oluşturan metal bileşenlerin ayrıştırılması, çinko-demir tozu karışımı, kurşun-kalay karışımının (lehim) ayrılması.
Yoğunlaşma Sıcaklıkları Farkından Yararlanılarak  Yapılan Ayırma İşlemleri:
(GAZ-GAZ HOMOJEN KARIŞIMLAR)
Gaz &#;gaz karışımı soğutulduğunda yoğunlaşma noktası en yüksek olan gazdan başlayarak bütün gazlar ayrı ayrı yoğunlaştırılarak elde edilir. Yoğunlaştırılarak elde edilen bu sıvı-sıvı karışım ayrımsal damıtma yöntemi ile ayrılır. Havadan oksijen ve azot gazlarının ayrılması