Способы очистки однородных смесей. Разделение смесей

В нашей статье мы рассмотрим, что такое чистые вещества и смеси, способы разделения смесей. В повседневной жизни их использует каждый из нас. А встречаются ли вообще в природе чистые вещества? И как отличить их от смесей?

Чистые вещества и смеси: способы разделения смесей

Чистыми называют вещества, которые содержат частицы только определенного вида. Ученые считают, что в природе их практически не существует, поскольку все они, хоть и в ничтожных долях, содержат примеси. Абсолютно все вещества также являются растворимыми в воде. Даже если погрузить в эту жидкость, к примеру, серебряное кольцо, ионы этого металла перейдут в раствор.

Признаком чистых веществ являются постоянство состава и физических свойств. В процессе их образования происходит изменение количества энергии. Причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Разделить чистое вещество на отдельные составляющие можно только с помощью химической реакции. К примеру, только дисциллированная вода обладает типичной для этого вещества температурой кипения и замерзания, отсутствием вкуса и запаха. А разложить ее кислород и водород можно только путем электролиза.

А чем отличаются от чистых веществ их совокупности? Ответить на этот вопрос нам поможет химия. Способы разделения смесей являются физическими, поскольку они не приводят к изменению химического состава веществ. В отличие от чистых веществ, смеси имеют непостоянный состав и свойства, а разделить их можно физическими методами.

Что такое смесь

Смесью называют совокупность индивидуальных веществ. Ее примером является морская вода. В отличие от дисциллированной, она обладает горьким или соленым вкусом, кипит при более высокой, а замерзает при более низкой температуре. Способы разделения смесей веществ являются физическими. Так, из морской воды можно добыть чистую соль путем выпаривания и последующей кристаллизации.

Виды смесей

Если добавить в воду сахар, через некоторое время его частички растворятся и станут невидимыми. В результате их невозможно будет отличить невооруженным глазом. Такие смеси называют однородными, или гомогенными. Их примерами также являются воздух, бензин, бульон, духи, сладкая и соленая вода, сплав меди и алюминия. Как видите, могут находиться в разных агрегатных состояниях, но чаще всего встречаются жидкости. Их также называют растворами.

В неоднородных, или гетерогенных смесях можно различить частицы индивидуальных веществ. Железные и деревянные опилки, песок и поваренная соль являются их типичными примерами. Неоднородные смеси также называют взвесями. Среди них различают суспензии и эмульсии. В состав первых входит жидкость и твердое вещество. Так, эмульсией является смесь воды и песка. Эмульсией называют совокупность двух жидкостей с разной плотностью.

Существуют неоднородные смеси и со специальными названиями. Так, примером пены является пенопласт, а к аэрозолям относятся туман, дым, дезодоранты, освежители воздуха, антистатики.

Способы разделения смесей

Безусловно, многие смеси обладают более ценными свойствами, чем отдельно взятые индивидуальные вещества, входящие в их состав. Но даже в быту возникают ситуации, когда их необходимо разделить. А в промышленности на этом процессе основаны целые производства. К примеру, из нефти в результате ее переработки получают бензин, газойль, керосин, мазут, соляровое и машинное масло, ракетное топливо, ацетилен и бензол. Согласитесь, выгоднее использовать эти продукты, чем бездумно сжигать нефть.

Теперь давайте разберемся, существует ли такое понятие, как химические способы разделения смесей. Допустим, из водного раствора соли нам необходимо получить чистые вещества. Для этого смесь необходимо нагреть. В результате вода превратится в пар, а соль кристаллизируется. Но при этом не произойдет превращения одних веществ в другие. Это значит, что основой данного процесса являются физические явления.

Способы разделения смесей зависят от агрегатного состояния, способности к растворимости, разнице в температуре кипения, плотности и состава ее компонентов. Рассмотрим каждый из них более подробно на конкретных примерах.

Фильтрование

Этот способ разделения подходит для смесей, в состав которых входят жидкость и нерастворимое в нем твердое вещество. К примеру, вода и речной песок. Эту смесь необходимо пропустить через фильтр. В результате чистая вода свободно пройдет через него, а песок останется.

Отстаивание

Некоторые способы разделения смесей основаны на действии силы тяжести. Таким образом на можно разложить суспензии и эмульсии. Если в воду попало растительное масло, такую смесь сначала необходимо взболтать. Потом оставьте ее на некоторое время. В результате вода окажется на дне сосуда, а масло в виде пленки будет покрывать ее.

В лабораторных условиях для отстаивания используют В результате ее работы более плотная жидкость сливается в сосуд, а легкая остается.

Отстаивание характеризуется низкой скоростью протекания процесса. Необходимо определенное время, чтобы сформировался осадок. В промышленных условиях этот способ осуществляют в специальных конструкциях, которые называются отстойники.

Действие магнитом

Если в состав смеси входит металл, то ее можно разделить при помощи магнита. К примеру, отделить железные и Но все ли металлы обладают такими свойствами? Вовсе нет. Для этого способа подойдут только смеси, содержащие ферромагнетики. Кроме железа к ним относятся никель, кобальт, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий.

Дистилляция

Это название в переводе с латинского языка означает "стекание каплями". Дистилляция представляет способы разделения смесей, основанные на разнице в температурах кипения веществ. Таким образом, даже в домашних условиях можно разделить спирт и воду. Первое вещество начинает испаряться уже при температуре 78 градусов по Цельсию. Касаясь холодной поверхности пары спирта конденсируются, переходя в жидкое состояние.

В промышленности таким способом получают продукты переработки нефти, душистые вещества, чистые металлы.

Выпаривание и кристаллизация

Эти способы разделения смесей подходят для жидких растворов. Вещества, которые входят в их состав, отличаются температурой кипения. Таким образом, можно получить кристаллы соли или сахара из воды, в которой они растворены. Для этого растворы нагревают и выпаривают до насыщеного состояния. В этом случае кристаллы осаждаются. Если же необходимо получить чистую воду, тогда раствор доводят до кипения с последующей конденсацией паров на более холодной поверхности.

Способы разделения газовых смесей

Газообразные смеси разделяют лабораторными и промышленными способами, поскольку этот процесс требует наличия специального оборудования. Сырьем природного происхождения является воздух, коксовый, генераторный, попутный и природный газ, представляющий собой совокупность углеводородов.

Физические способы разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии следующие:

• Конденсация - это процесс постепенного охлаждения смеси, в ходе которого происходит конденсация ее составляющих. При этом в первую очередь в жидкое состоние переходят высококипящие вещества, которые собираются в сепараторах. Таким образом получают водород из а также отделяют аммиак из непрореагировавшей части смеси.
• Сорбирование - это поглощение одних веществ другими. Этот процесс имеет противоположные составляющие, между которыми в ходе реакции устанавливается равновесие. Для прямого и обратного процесса необходимы различные условия. В первом случае это сочетание высокого давления и низкой температуры. Такой процесс называют сорбцией. В обратном случае используют противоположные условия: низкое давление при высокой температуре.
• Мембранное разделение - способ, при котором используют свойство полупроницаемых перегородок избирательно пропускать молекулы различных веществ.
• Дефлегмация - процесс конденсации высококипящих частей смесей в результате их охлаждения. При этом температура перехода в жидкое состояние отдельных компонентов должна отличаться в значительной степени.

Хроматография

Название этого способа можно перевести как "пишу цветом". Представьте, что в воду добавлены чернила. Если опустить в такую смесь конец фильтровальной бумаги, она начнет впитываться. При этом вода будет поглощаться быстрее чернил, что связано с разной степенью сорбируемости этих веществ. Хроматография является не только способом разделения смесей, но и методом изучения таких свойств веществ, как диффузия и растворимость.

Итак, мы познакомились с такими понятиями, как "чистые вещества" и "смеси". Первые представляют собой элементы или соединения, состоящие только из частиц определенного вида. Их примерами являются соль, сахар, дистиллированная вода. Смеси - это совокупность индивидуальных веществ. Для их разделения используют ряд методов. Способ их разделения зависит от физических свойств его составляющих. К основным из них относятся отстаивание, выпаривание, кристаллизация, фильтрование, дистилляция, действие магнитом и хроматография.

Смеси можно разделять разными способа-ми, среди которых наиболее распространён-ными являются отстаивание, фильтрование, выпаривание.

Отстаивание. Отстаиванием разделяют сме-си, компоненты которых легко отделяются, например смесь крахмала и воды (рис. 25, а).

Вскоре после приготовления смеси мы видим, что крахмал оседает на дно (рис. 25, б), поскольку он нерастворим и тяжелее воды. Слой воды располагается над крахмалом. На рис. 25, в показано, как эту смесь разделяют, аккуратно сливая воду.

Однако полного разделения компонентов смеси отстаиванием не произойдёт. Часть воды остаётся с крахмалом либо часть крах-мала вместе с водой отделяется от смеси.

Проведём разделение смеси растительно-го масла и воды (рис. 26). Для разделения ис-пользуем лабораторное оборудование, которое называется делительная воронка. Как и в пер-вом случае, эти вещества не растворяются друг в друге, но растительное масло легче воды.

Смесь поместим в делительную воронку. Вскоре слой растительного масла располо-жится сверху над водой. Чётко видна линия раздела двух жидкостей. Поворотом крани-ка открывают в воронке отверстие, через ко-торое в стакан выливается вода. После выли-вания воды кран закрывают. Через верхнее отверстие воронки растительное масло сли-вают в отдельную посуду.

Отстаивание — один из способов разделения сме-сей. Компоненты смеси в результате отстаивания расслаиваются, поэтому их легко разделить.

Фильтрование. Для разделения смеси жидкости и нерастворимого в ней твёрдого вещества лучше использовать способ фильтрования.

Для проведения фильтрования понадобится до-полнительное оборудование — обычная воронка, фильтр, стеклянная палочка. Фильтры — это не-плотные пористые материалы, через которые про-сачивается жидкость, но не проникают частицы твёрдого компонента смеси. Такими свойствами обладают бумага, ткань, слой песка, вата.

Фильтрование — это способ разделения смеси пропусканием её через фильтры, способные задер-живать частицы одного из её компонентов.

На рис. 27 показано, как разделить смесь желез-ных опилок и воды фильтрованием. Смесь воды и опилок осторожно по стеклянной палочке, пристав-ленной сбоку воронки, как показано на рисунке, выливают на фильтр. Вода быстро проникает через имеющиеся в фильтре поры и стекает в посудину-приёмник. Видим, как в посудину-приёмник посту-пает прозрачная чистая вода. Размеры железных опилок больше, чем поры фильтра, поэтому оседают на нём.

Как и в предыдущих двух опытах, смеси удалось разделить, поскольку один компонент смеси не рас-творялся в другом.

Выпаривание. В природе и быту довольно много смесей, в которых частицы веществ настолько пере-мешаны и малых размеров, что ни отстаиванием, ни фильтрованием их не разделить. Например, смесь воды и поваренной соли проходит через фильтр полностью, ни один из её компонентов не остаётся на фильтре. Как разделить эту смесь? В данном слу-чае используют другой способ — выпаривание.

Выпаривание — это удаление при нагревании жидкого компонента смеси.

На рис. 28, а показано приготовление смеси по-варенной соли и воды, а также её разделение вы-париванием. Материал с сайта

При выпаривании вода испаряется и превраща-ется в водяной пар (рис. 28, б). На дне посудины, в которой проходило выпаривание, остаётся твёрдое вещество — поваренная соль (рис. 28, в).

Кроме рассмотренных, имеются и другие способы раз-деления смесей . Например, свойство веществ притяги-ваться к магниту. Этот способ разделения смесей можно использовать, если одно из веществ реагирует на действие магнита, а другое — нет.

Намагничивание свойственно железу и отсутствует у серы. Если к смеси этих веществ поднести магнит (это можно сделать через тонкий лист бумаги), то смесь разде-лится, железные опилки притянутся к магниту, потом его легко можно очистить от них.

Используя большие магниты на заводах по переработке металлов, железный лом отделяют от других компонентов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

На этой странице материал по темам:

• способы разделения смесей отстаивание
• способы разделения смесей реферат

Методы разделения смесей

Гетерогенные смеси типов газ-жидкость, жидкость-твёрдое, газ-твёрдое неустойчивы во времени под действием силы тяжести. В таких смесях составные компоненты с меньшей плотностью постепенно поднимаются вверх (всплывают), а с большей — опускаются вниз (оседают). Такой процесс самопроизвольного разделения смесей с течением времени называют отстаиванием . Так, например, смесь мелкого песка и воды довольно быстро самопроизвольно делится на две части:

Для ускорения процесса осаждения вещества с большей плотностью из жидкости в лабораторных условиях чаще прибегают к более продвинутой версии метода отстаивания — центрифугированию . Роль силы тяжести в центрифугах играет центробежная сила, всегда возникающая при вращении. Поскольку центробежная сила напрямую зависит от скорости вращения, ее можно делать многократно больше силы тяжести, просто увеличивая число оборотов центрифуги в единицу времени. Благодаря этому достигается намного более быстрое по сравнению с отстаиванием разделение смеси.

После отстаивания или центрифугирования надосадочную жидкость можно отделить от осадка методом декантации — аккуратным сливанием жидкости с осадка.

Разделить смесь двух нерастворимых друг в друге жидкостей (после ее отстаивания) можно с помощью делительной воронки, принцип действия которой понятен из следующей иллюстрации:

Для разделения смесей веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях, помимо отстаивания и центрифугирования также широко используют фильтрование. Метод заключается в том, что фильтр обладает различной пропускной способностью по отношению к компонентам смеси. Чаще всего это связано с различным размером частиц, но также может быть еще обусловлено тем, что отдельные компоненты смеси сильнее взаимодействуют с поверхностью фильтра (адсорбируются им).

Так, например, взвесь твердого нерастворимого порошка с водой можно разделить, используя пористый бумажный фильтр. Твердое вещество остается на фильтре, а вода проходит через него и собирается в в емкости, расположенной под ним:

В некоторых случаях гетерогенные смеси могут быть разделены благодаря разным магнитным свойствам компонентов. Так, например, смесь порошков серы и металлического железа можно разделить с помощью магнита. Частицы железа в отличие от частиц серы притягиваются и удерживаются магнитом:

Разделение компонентов смеси с применением магнитного поля называют магнитной сепарацией .

Если смесь представляет собой раствор тугоплавкого твердого вещества в какой-либо жидкости, выделить это вещество из жидкости можно выпариванием раствора:

Для разделения жидких гомогенных смесей используют метод, называемый дистилляцией, или перегонкой . Данный способ имеет принцип действия, схожий с выпариванием, но позволяет отделять не только летучие компоненты от нелетучих, но также и вещества с относительно близкими температурами кипения. Один из простейших вариантов дистилляционных аппаратов представлен на рисунке ниже:

Смысл процесса дистилляции заключается в том, что при кипении смеси жидкостей первыми улетучиваются пары более легкокипящего компонента. Пары этого вещества после прохождения через холодильник конденсируются и стекают в приемник. Метод дистилляции широко применяется в нефтяной промышленности при первичной переработке нефти для разделения нефти на фракции (бензин, керосин, дизель и т.д.).

Так же методом дистилляции получают очищенную от примесей (прежде всего солей) воду. Воду, прошедшую очистку дистилляцией, называют дистиллированной водой .

Чем же отличаются чистые вещества от смесей веществ?

Индивидуальное чистое вещество обладает определённым набором характеристических свойств (постоянными физическими свойствами). Только чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип= 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду.

Классификация смесей показана в таблице:

Приведём примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсий (растительное масло + вода) и растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями.

Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей .

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография .

Дома вы можете проделать следующий опыт. Подвесьте полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.

С помощью хроматографии русский ботаник М. С. Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности .

Прочитайте стихотворение Л. Мартынова «Дистиллированная вода»:

Вода
Благоволила
Литься!
Она
Блистала
Столь чиста,
Что ни напиться,
Ни умыться.
И это было неспроста.
Ей не хватало
Ивы, тала
И горечи цветущих лоз,
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.
Ей жизни не хватало
Чистой –
Дистиллированной воде!

• Правила работы в лаборатории.
• Лабораторная посуда и оборудование.
• Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии.
• Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ.

Правила работы в лаборатории

Работать одному в лаборатории категорически запрещается, так как в ситуации несчастного случая некому будет оказать помощь пострадавшему и ликвидировать последствия аварии.

Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать чисто­ту, тишину, порядок и правила техники безопасности, так как поспешность и небрежность часто приводят к несчастным случаям с тяжелыми последствиями.

Каждый работающий должен знать, где находятся в лабора­тории средства противопожарной защиты и аптечка, содержа­щая все необходимое для оказания первой помощи.

Нельзя приступать к работе, пока учащиеся не усвоят всей техники ее выполнения.

Опыты нужно проводить только в чистой химической посуде. После окончания эксперимента посуду сразу же следует мыть.

В процессе работы необходимо соблюдать чистоту и аккурат­ность, следить, чтобы вещества не попадали на кожу лица и рук, так как многие вещества вызывают раздражение кожи и слизистых оболочек.

Никакие вещества в лаборатории нельзя пробовать на вкус. Нюхать вещества можно, лишь осторожно направляя на себя пары или газы легким движением руки, а не наклоняясь к сосуду и не вдыхая полной грудью.

На любой посуде, где хранятся реактивы, должны быть эти­кетки с указанием названия веществ.

Сосуды с веществами или растворами необходимо брать одной рукой за горлышко, а другой снизу поддерживать за дно.

Во время нагревания жидких и твердых веществ в пробирках и колбах нельзя направлять их отверстия на себя и соседей. Нельзя также заглядывать сверху в открыто нагреваемые со­суды во избежание возможного поражения при выбросе горя­чей массы.

После окончания работы необходимо выключить газ, воду, электроэнергию.

Категорически запрещается выливать в раковины концентри­рованные растворы кислот и щелочей, а также различные орга­нические растворители, сильно пахнущие и огнеопасные ве­щества. Все эти отходы нужно сливать в специальные буты­ли.

В каждой лаборатории обязательно должны быть защитные маски, очки.

В каждом помещении лаборатории необходимо иметь средства противопожарной защиты: ящик с просеянным песком и со­вком для него, противопожарное одеяло (асбестовое или толс­тое войлочное), заряженные огнетушители.

Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии

Для ускорения растворения твёрдых веществ в пробирке нельзя закрывать её отверстие пальцем при встряхивании.

Растворение щелочи следует производить в фарфоровой посуде путём прибавления к воде небольших порций вещества, при непрерывном перемешивании.

При определении запаха вещества нельзя наклоняться над ним, вдыхать пары или выделяющийся газ. Нужно лёгким движением руки над горлом сосуда направить пар или газ к носу и вдыхать осторожно.

Пролитую кислоту или щёлочь следует засыпать чистым сухим песком и перемешивать его до полного впитывания всей жидкости. Влажный песок убрать совком в широкий стеклянный сосуд для последующей промывки и нейтрализации.

Растворы из реактивных склянок необходимо наливать так, чтобы при наклоне этикетка оказывалась сверху (этикетка — в ладонь). При попадании на кожу растворов щелочей или кислот необходимо смыть их после встряхивания видимых капель сильной струёй холодной воды, а затем обработать нейтрализующим раствором (2% раствором уксусной кислоты или 2% раствором гидрокарбоната натрия) и ополоснуть водой.

Методы разделения смесей и очистки веществ. Чистые вещества и смеси веществ

Смесь - материал, состоящий из двух или нескольких веществ, хаотично чередующихся друг с другом в пространстве.

Чистое вещество — физически и химически однородный материал, обладающий определенным комплексом постоянных свойств. Содержание примесей в препаратах особой чистоты измеряется миллионными и миллиардными долями процента.

Отстаивание – это способ, основанный на различной плотности веществ.

Например, смесь растительного масла и воды можно разделить на масло и воду, дав смеси просто отстояться.

Фильтрование – это способ, основанный на различной способности фильтра пропускать вещества, из которых состоит смесь. Например, с помощь фильтра можно отделить твердые примеси от жидкости.

Выпаривание – это выделение нелетучих твердых веществ из раствора в летучем растворителе – в частности в воде. Например, чтобы выделить соль, растворенную в воде, надо просто выпарить воду. Вода испарится, а соль останется.