Главная Ремонт

Однородные смеси примеры и способы разделения. Разделение смесей и очистка веществ. Раствор соли в воде – гомогенная смесь

Реферат по дисциплине: Химия

На тему: Способы разделения смесей

Рига – 2009г.

Введение…………………………………………………………………………..стр.3

Виды смесей………………………………………………………………………стр.4

Способы разделения смесей……………………………………………………..стр.6

Заключение……………………………………………………………………….стр.11

Список использованной литературы…………………………………………....стр.12

Введение

В природе вещества в чистом виде встречаются очень редко. Большинство окружающих нас предметов состоит из смеси веществ. В химической лаборатории химики работают с чистыми веществами. Если же вещество содержит примеси, то любой химик умеет отделить нужное для эксперимента вещество от примесей. Для изучения свойств веществ, необходимо это вещество очистить, т.е. разделить на составные части. Разделение смеси – это физический процесс. Физические методы разделения веществ широко используются в химических лабораториях, при получении пищевых продуктов, в производстве металлов и других веществ.

Виды смесей

В природе нет чистых веществ. При рассмотрении валунов, гранита, убеждаемся, что они состоят из зерен, прожилок различного цвета; в состав молока входят жиры, белковые вещества, вода; нефть и природный газ содержат органические вещества, которые называют углеводородами; в составе воздуха есть различные газы; природная вода не является химически чистым веществом. Смесь – смешение двух или более разнородных веществ.

Смеси можно разделить на две большие группы (ри

Если компоненты смеси видны невооружённым глазом, то такие смеси называют неоднородными. Например, смесь древесных и железных опилок, смесь воды и растительного масла, смесь речного песка и воды и др.

Если компоненты смеси нельзя различить невооружённым глазом, то такие смеси называют однородными . Такие смеси как молоко, нефть, раствор сахара в воде и др. относят к однородным смесям.

Есть твердые, жидкие, газообразные вещества. Вещества можно смешивать в любом агрегатном состоянии. Агрегатное состояние смеси определяет вещество, количественно превосходящее остальные.

Неоднородные смеси образуются из веществ различного агрегатного состояния, когда вещества взаимно не растворяются и плохо смешиваются (табл.1)

Виды неоднородных смесей
перед смешением	Примеры
Твердое/твердое	Минералы; железо/сера
Твердое/жидкое	Известковый раствор; сточные воды
Твердое/газообразное	Дым; пыльный воздух
Жидкое/твердое	Жемчуг; минералы; вода/лед
Жидкое/жидкое	Молоко; растительное масло/вода
Жидкое/газообразное	Туман; облака
Газообразное/твердое	Пенопласт
Газообразное/жидкое	Мыльная пена

Однородные смеси образуются, когда вещества хорошо растворяются друг в друге и хорошо смешиваются (табл.2).

Виды однородных смесей
Агрегатное состояние составных частей перед смешением	Примеры
Твердое/твердое	Сплав золота и серебра
Твердое/жидкое	Сахар/вода
Твердое/газообразное	Пары йода в воздухе
Жидкое/твердое	Набухший желатин
Жидкое/жидкое	Спирт/вода
Жидкое/газообразное	Вода/воздух
Газообразное/твердое	Водород в палладии
Газообразное/жидкое

При образовании смесей химических превращений обычно не происходит, и вещества в смеси сохраняют свои свойства. Различия в свойствах веществ используют для разделения смесей.

Способы разделения смесей

Смеси как неоднородные, так и однородные, можно разделить на составные части, т.е. на чистые вещества. Чистыми называют вещества, которые с помощью физических методов не разделяются на два или более других веществ и не изменяют своих физических свойств. Существуют различные способы разделения смесей, те или иные способы разделения смесей применяют в зависимости от состава смеси.

Просеивание;
Фильтрование;
Отстаивание;
Декантация
Центрифугирование;
Выпаривание;
Упаривание;
Перекристаллизация;
Дистилляция (перегонка);
Вымораживание;
Действие магнита;
Хроматография;
Экстрагирование;
Адсорбция.

Познакомимся с несколькими из них. Здесь нужно отметить, что неоднородные смеси разделить проще, чем однородные Ниже приведем примеры выделения веществ из однородных и неоднородных смесей.

Просеивание.

Представим, что в муку попал сахарный песок. Пожалуй, самый простой способ разделения – это просеивание . С помощью сита можно без труда отделить мелкие частицы муки от сравнительно крупных кристалликов сахара. В сельском хозяйстве просеивание используется для отделения семян растений от постороннего мусора. В строительстве так отделяют гравий от песка.

Фильтрование

Твердую составляющую суспензию от жидкой отделяют фильтрованием, используя бумажные или тканевые фильтры, вату, тонкий слой мелкого песка. Представим, что дана смесь поваренной соли, песка и глины. Требуется отделить поваренную соль из смеси. Для этого смесь помещаем в химический стакан с водой и взбалтываем. Поваренная соль растворяется, а песок оседает. Глина не растворяется и не оседает на дно стакана, поэтому вода остается мутной. Чтобы удалить нерастворимые частицы глины из раствора, смесь фильтруют. Для этого необходимо собрать маленький прибор для фильтрования из стеклянной воронки, фильтровальной бумаги и штатива. Раствор соли отфильтровывается. Для этого фильтруемый раствор осторожно переливается в воронку с плотно вставленным фильтром. На фильтре остаются песок и частицы глины, а прозрачный раствор соли проходит через фильтр. Чтобы выделить растворенную в воде поваренную соль, применяют способ перекристаллизации.

Перекристаллизация, выпаривание

Перекристаллизацией называется способ очистки, при котором вначале вещество растворяют в воде, затем раствор вещества в воде выпаривается. В результате вода выпаривается, а вещество выделяется в виде кристаллов.
Приведем пример: Требуется выделить поваренную соль из раствора.
Выше мы рассмотрели пример, когда нужно было выделить поваренную соль из неоднородной смеси. Теперь выделим поваренную соль из однородной смеси. Раствор, полученный фильтрованием, называется фильтрат. Фильтрат нужно перелить в фарфоровую чашку. Чашку с раствором поместить на кольцо штатива и нагреть раствор над пламенем спиртовки. Вода начнет испаряться, а объем раствора уменьшится. Такой процесс называется выпариванием. По мере выпаривания воды раствор становиться более концентрированным. Когда раствор дойдет до состояния насыщения поваренной солью, на стенках чашки появятся кристаллы. В этот момент прекратить нагревание и охладить раствор. Охлажденная поваренная соль выделиться в виде кристаллов. При необходимости можно кристаллы соли отделить от раствора фильтрованием. Раствор нельзя выпаривать до полного испарения воды, так как другие растворимые примеси также могут выпасть в осадок в виде кристаллов и загрязнить поваренную соль.

Отстаивание, декантация

Для выделения из жидкостей нерастворимых веществ используется отстаивание . Если частички твердого вещества достаточно крупные, они быстро оседают на дно, и жидкость становится прозрачной. Ее можно осторожно слить с осадка, и эта нехитрая операция тоже имеет свое название – декантация . Чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь. Можно отделить друг от друга и две жидкости, которые не смешиваются между собой.

Центрифугирование

Если частички неоднородной смеси очень малы, ее невозможно разделить ни отстаиванием, ни фильтрованием. Примерами таких смесей могут служить молоко и взмученная в воде зубная паста. Такие смеси разделяют центрифугированием . Смеси, содержащие такую жидкость, помещают в пробирки и вращают с огромной скоростью в специальных аппаратах – центрифугах. В результате центрифугирования более тяжелые частички «придавливаются» ко дну сосуда, а легкие оказываются сверху. Молоко представляет собой мельчайшие частички жира, распределенные в водном растворе других веществ – сахаров, белков. Для разделения такой смеси применяют специальную центрифугу, называемую сепаратором. При сепарации молока жиры оказываются на поверхности, их легко отделить. Остается вода с растворенными в ней веществами – это обезжиренное молоко.

Адсорбация

В технике часто возникает задача очистки газов, например воздуха, от нежелательных или вредных компонентов. Многие вещества обладают одним интересным свойством – они могут «прицепиться» к поверхности пористых веществ, как железо к магниту. Адсорбцией называется способность некоторых твердых веществ поглощать своей поверхностью газообразные или растворенные вещества. Вещества, способные к адсорбции, называются адсорбентами. Адсорбенты представляют собой твердые вещества, в которых много внутренних каналов, пустот, пор, т.е. они имеют очень большую общую поглощающую поверхность. Адсорбентами являются активированный уголь, силикагель (в коробке с новой обувью можно найти небольшой пакетик с белыми горошинами – это и есть силикагель), фильтровальная бумага. Различные вещества «прицепляются» к поверхности адсорбентов неодинаково: одни удерживаются на поверхности прочно, другие – слабее. Активированный уголь способен поглощать не только газообразные, но и растворенные в жидкостях вещества. При отравлениях его принимают для того, чтобы на нем адсорбировались ядовитые вещества.

Дистилляция (перегонка)

Две жидкости, которые образуют однородную смесь, например, этиловый спирт с водой, разделяют методом дистилляции или перегонки. Этот метод основан на том, что жидкость нагревают до температуры кипения и пар ее отводят по газоотводной трубке в другой сосуд. Охлаждаясь, пар конденсируется, а примеси остаются в перегонной колбе. Прибор для перегонки показан на рис.2

Жидкость помещают в колбу Вюрца (1), горло колбы Вюрца плотно закрывают пробкой с вставленным в нее термометром (2), при этом резервуар с ртутью должен быть на уровне отверстия отводной трубки. Конец отводной трубки через плотно подогнанную пробку вставляют в холодильник Либиха (3), на другом конце которого укрепляют аллонж (4). Суженный конец аллонжа опускают в приемник(5). Нижний конец рубашки холодильника подсоединяют с помощью резинового шланга к водопроводному крану, а от верхнего конца делают отвод в раковину для слива. Рубашка холодильника всегда должна быть заполнена водой. Колбу Вюрца и холодильник закрепляют в отдельных штативах. Жидкость в колбу наливают через воронку с длинной трубкой, заполняя перегонную колбу на 2/3 ее объема. Для равномерного кипения помещают на дно колбы несколько кипелок - стеклянных капилляров, запаянных с одного конца. Закрыв колбу, подают воду в холодильник и нагревают жидкость в колбе. Нагрев можно вести на газовой горелке, электрической плитке, водяной, песочной или масляной бане - в зависимости от температуры кипения жидкости. Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости (спирт, эфир, ацетон и т. д.) ни в коем случае нельзя нагревать на открытом огне во избежание несчастных случаев: следует пользоваться только водяной или другой баней. Не следует выпаривать жидкость полностью: 10-15% от первоначально взятого объема ее должно оставаться в колбе. Новую порцию жидкости можно наливать лишь тогда, когда колба немного остынет.

Вымораживание

Вещества, у которых различаются температуры плавления, разделяют методом вымораживания, охлаждая раствор. Путем вымораживания можно получить очень чистую воду в домашних условиях. Для этого наливают водопроводную воду в банку или кружку и ставят ее в морозильную камеру холодильника (или выносят зимой на мороз). Как только в лед превратится примерно половина воды, незамерзшую часть ее, где скапливаются примеси, надо вылить, а льду дать растаять.

В промышленности и в лабораторных условиях используют методы разделения смесей, основанные и на других отличающихся свойствах составных частей смеси. К примеру, железные опилки можно выделить из смеси магнитом . Способность веществ растворяться в различных растворителях используют при экстрагировании – методе разделения твердых или жидких смесей при помощи обработки их различными растворителями. Например, йод из водного раствора можно выделить каким-либо органическим растворителем, в котором йод растворяется лучше.

Заключение

В лабораторной практике и в повседневной жизни очень часто приходится выделять из смеси веществ отдельные компоненты. Отметим, что смеси включают в себя два или более веществ, делятся на две большие группы: однородные и неоднородные. Существуют различные способы разделения смесей, такие как, фильтрование, выпаривание, дистилляция (перегонка) и другие. Способы разделения смесей, в основном, зависят от вида, состава смеси.

Список использованной литературы

1. S.Ozols, E.Lepiņš химия для основной школы., 1996. С. 289

2. Информация из интернета

В случае если дисперсные частицы выделяются медленно из среды или необходимо предварительно осветлить неоднородную систему, используются такие методы как флокуляция, флотация, классификация, коагуляция и т.д.

Коагуляция - процесс слипания частиц в коллоидных системах (эмульсиях или суспензиях) с образованием агрегатов. Слипание происходит вследствие столкновения частиц при броуновском движении. Коагуляция относится к самопроизвольному процессу, который стремиться перейти в состояние, имеющее более низкую свободную энергию. Порог коагуляции - это минимальная концентрация введенного вещества, которое вызывает коагуляцию. Искусственно коагуляция может быть ускорена при добавлении в коллоидную систему специальных веществ - коагуляторов, а также приложением к системе электрического поля (электрокоагуляция), механическим воздействием (вибрация, перемешивание) и т.д.

При коагуляции достаточно часто добавляют в разделяемую неоднородную смесь химические вещества-коагулянты, которые разрушают сольватированные оболочки, уменьшая при этом диффузионную часть двойного электрического слоя, расположенного у поверхности частиц. Благодаря этому облегчается агломерация частиц и образование агрегатов. Таким образом, за счет образования более крупных фракций дисперсной фазы, происходит ускорение осаждения частиц. В качестве коагулянтов применяют соли железа, алюминия или соли других поливалентных металлов.

Пептизация - это процесс обратный коагуляции, представляющий собой распад агрегатов на первичные частицы. Пептизация осуществляется при помощи добавления веществ-пептизаторов в дисперсионную среду. Данный процесс способствует дезагрегированию веществ на первичные частицы. Веществами-пептизаторами могут быть поверхностно-активные вещеста (ПАВ) или электролиты, например, гуминовые кислоты или хлорное железо. Процесс пептизации используется для получения жидких дисперсных систем из паст или порошков.

В свою очередь флокуляция является разновидностью коагуляции. При данном процессе мелкие частицы, которые находятся во взвешенном состоянии в газовых или жидких средах, образуют хлопьевидные агрегаты, которые называются флокулами. В качестве флокулянтов применяются растворимые полимеры, например, полиэлектролиты. Вещества, образующие хлопья при флокуляции, могут быть легко удалены при помощи фильтрования или отстаивания. Флокуляция используется для подготовки воды и выделения ценных веществ из сточных вод, а также при обогащении полезных ископаемых. В случае водоочистки флокулянты используются в небольшой концентрации (от 0,1 до 5 мг/л).

Для того чтобы разрушить агрегаты в жидких системах, используются добавки, наводящие заряды на частицы, которые препятствуют их сближениям. Данного эффекта можно достигнуть и при изменении рН среды. Данный метод называется дефлокуляцией.

Флотация - процесс отделения твердых гидрофобных частиц от жидкой сплошой фазы путем их избирательного закрепления на границе раздела раздела жидкой и газообразной фаз (поверхность соприкосновения жидкости и газа или поверхность пузырьков в жидкой фазе) Образующаяся система из твердых частиц и газовых вклюцений удаляется с поверхности жидкой фазы. Данный процесс применяется не только для того, чтобы удалять частицы дисперсной фазы, но также и для раздения разных частиц вследствие различия их смачиваемости. При данном процессе гидрофобные частицы закрепляются на границе раздела фаз и отделяются от гидрофильных частиц, оседающих на дно. Наилучшие результаты флотации возникают в том случае, когда размер частиц составляет от 0,1 до 0,04 мм.

Флотация бывает нескольких видов: пенная, масляная, пленочная и т.д. Наиболее распространенной является пенная флотация. Данный процесс позволяет выносить частицы, обработанные реагентами, на поверхность воды при помощи пузырьков воздуха. Это позволяет образовывать пенный слой, устойчивость которого регулируется при помощи пенообразователя.

Классификация используется в аппаратах переменного сечения. С ее помщью возможно отделение определенного количества мелких частиц от основного продукта, состоящего из крупных частиц. Классификация выполняется при помощи центрифуг и гидроциклонов благодаря воздействию центробежной силы.

Разделение суспензий при помощи магнитной обработки системы является очень перспективным методом. Вода, которая обработана в магнитном поле, длительное время сохраняет измененные свойства, например, пониженную смачивающую способность. Данный процесс позволяет интенсифицировать разделение суспензий.

Чистое вещество содержит частицы только одного вида. Примерами могут служить серебро (содержит только атомы серебра), серная кислота и оксид углерода (IV ) (содержат только молекулы соответствующих веществ). Все чистые вещества имеют постоянные физические свойства, например, температуру плавления (Т пл ) и температуру кипения (Т кип ).

Вещество не является чистым, если содержит какое-либо количество одного или нескольких других веществ – примесей .

Загрязнения понижают температуру замерзания и повышают температуру кипения чистой жидкости. Например, если в воду добавить соль, температура замерзания раствора понизится.

Смеси состоят из двух или более веществ. Почва, морская вода, воздух – все это примеры различных смесей. Многие смеси могут быть разделены на составные части – компоненты – на основании различия их физических свойств.

Традиционными методами, которые используются в лабораторной практике с целью разделения смесей на отдельные компоненты, являются:

фильтрование,

отстаивание с последующей декантацией,

разделение с помощью делительной воронки,

центрифугирование,

выпаривание,

кристаллизация,

перегонка (в том числе фракционная перегонка),

хроматография,

возгонка и другие.

Фильтрование. Для отделения жидкостей от взвешенных в ней мелких твердых частиц применяют фильтрование (рис.37) , т.е. процеживание жидкости через мелкопористые материалы – фильтры , которые пропускают жидкость и задерживают на своей поверхности твердые частицы. Жидкость, прошедшая через фильтр и освобожденная от находившихся в ней твердых примесей, называется фильтратом .

В лабораторной практике часто применяют гладкие и складчатые бумажные фильтры (рис.38) , сделанные из непроклеенной фильтровальной бумаги.

Для фильтрования горячих растворов (например, с целью перекристаллизации солей), применяют специальную воронку для горячего фильтрования (рис.39) с электрическим или водяным обогревом).

Часто применяют фильтрование под вакуумом . Фильтрование под вакуумом используют для ускорения фильтрования и более полного освобождения осадка от раствора. Для этой цели собирают прибор для фильтрования под вакуумом (рис.40) . Он состоит из колбы Бунзена, фарфоровой воронки Бюхнера, предохранительной склянки и вакуум-насоса (обычно водоструйного).

В случае фильтрования суспензии малоорастворимой соли кристаллы последней могут быть промыты дистиллированной водой на воронке Бюхнера для удаления с их поверхности исходного раствора. Для этой цели используют промывалку (рис.41) .

Декантация . Жидкости могут быть отделены от нерастворимых твердых частиц декантацией (рис.42) . Этот метод можно применять, если твердое вещество имеет большую плотность, чем жидкость. Например, если речной песок добавить в стакан с водой, то при отстаивании он осядет на дно стакана, потому что плотность песка больше, чем воды. Тогда вода может быть отделена от песка просто сливанием. Такой метод отстаивания и последующего сливания фильтрата и называется декантацией.

Центрифугирование. Д ля ускорения процесса отделения очень мелких частиц, образующих в жидкости устойчивые суспензии или эмульсии, используют метод центрифугирования . Этим методом можно разделить смеси жидких и твердых веществ, различающихся по плотности. Разделение проводится в ручных или электрических центрифугах (рис.43) .

Разделение двух несмешивающихся жидкостей, имеющих различную плотность и не образующих устойчивых эмульсий, можно осуществить с помощью делительной воронки (рис.44) . Так можно разделить, например, смесь бензола и воды. Слой бензола (плотность  = 0,879 г/см 3 ) располагается над слоем воды, которая имеет большую плотность ( = 1,0 г/см 3 ). Открыв кран делительной воронки, можно аккуратно слить нижний слой и отделить одну жидкость от другой.

Выпаривание (рис.45) – этот метод предусматривает удаление растворителя, например, воды из раствора в процессе нагревания его в выпарительной фарфоровой чашке. При этом выпариваемая жидкость удаляется, а растворенное вещество остается в выпарительной чашке.

Кристаллизация – это процесс выделения кристаллов твердого вещества при охлаждении раствора, например, после его упаривания. Следует иметь в виду, что при медленном охлаждении раствора образуются крупные кристаллы. При быстром охлаждении (например, при охлаждении проточной водой) образуются мелкие кристаллы.

Перегонка - метод очистки вещества основанный на испарении жидкости при нагревании с последующей конденсацией образовавшихся паров. Очистка воды от растворенных в ней солей (или других веществ, например, красящих) перегонкой называется дистилляцией , а сама очищенная вода – дистиллированной.

Фракционная перегонка (рис.46) применяется для разделения смесей жидкостей с различными температурами кипения. Жидкость с меньшей температурой кипения закипает быстрее и раньше проходит через фракционную колонку (или дефлегматор ). Когда эта жидкость достигает верха фракционной колонки, то попадает в холодильник , охлаждается водой и через алонж собирается в приемник (колбу или пробирку).

Фракционной перегонкой можно разделить, например, смесь этанола и воды. Температура кипения этанола 78 0 С, а воды 100 0 С. Этанол испаряется легче и первым попадает через холодильник в приемник.

Возгонка – метод применяется для очистки веществ, способных при нагревании переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Далее пары очищаемого вещества конденсируются, а примеси, не способные возгоняться, отделяются.

Учебный эксперимент
в начале курса химии

Разделение смесей и очистка веществ

Продолжение. Начало см. в № 19/2007

В природе чистые вещества встречаются редко, чаще всего они входят в состав смесей . И в быту мы имеем дело в основном не с индивидуальными (отдельными) веществами, а со смесями или материалами сложного состава. Предметом же изучения науки химии является вещество и его превращения. Следовательно, учащиеся должны усвоить, что одной из важнейших задач химии является получение индивидуальных (чистых) веществ. Эта проблема имеет два решения:

синтез веществ в лабораториях, на заводах, фабриках и комбинатах из других веществ и материалов;

разделение смесей (природных или искусственных) на отдельные компоненты – индивидуальные вещества.

Напоминаем, что задания для углубления и систематизации знаний учащихся напечатаны курсивом.

Опыты по разделению смесей
и очистке веществ физическими методами

В зависимости от агрегатного состояния и свойств составляющих их компонентов смеси бывают однородными и неоднородными . В любом случае вещества в смеси сохраняют свои свойства.

Разделение смеси физическими или химическими методами возможно тогда, когда вещества (компоненты), их составляющие, обладают резко различными свойствами. Выбор метода разделения смесей зависит не только от типа смеси (однородные или неоднородные) и индивидуальных свойств компонентов, но и от того, какое вещество или вещества необходимо выделить в чистом виде. При этом надо учитывать, что полученные в результате разделения смеси вещества не будут абсолютно чистыми веществами , а будут содержать определенную долю примеси.

Изучите этикетки на упаковках различных веществ (химических реактивов) в химическом кабинете. Обратите внимание на цветовые и вербальные обозначения различной чистоты веществ и содержание в них примесей в соответствии со стандартом или техническим условием каждого реактива.

ОПЫТ 1. Вещества в смеси сохраняют свои индивидуальные свойства

Оборудование и материалы. Магнит, ступка с пестиком, стаканы, бумага; вода, сера, железо (порошок).

Проведение. Разотрите серу в ступке и высыпьте (2–3 г) на лист белой бумаги. На другой лист бумаги насыпьте порошок железа (2–3 г). Рассмотрите внешние признаки этих веществ. Здесь и далее в этом опыте обратите внимание на сходство и различие индивидуальных свойств железа и серы (агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, смачиваемость водой, плотность, действие магнита и т.д.). Добавьте по щепотке серы и железа в стаканчики с водой. Накройте порции веществ на листках бумаги другими листками и прикоснитесь к ним сверху магнитом.

Разотрите в ступке порошок железа (2 г) с серой (2 г) и рассмотрите смесь. Бросьте щепотку полученной смеси в стаканчик с водой. Другую порцию смеси насыпьте на лист бумаги, накройте другим листом и поднесите магнит. Подробно опишите ваши наблюдения. Ответьте на вопросы.

1. Почему тонко измельченный порошок серы не тонет в воде? Обусловлено ли это свойство плотностью серы или здесь другая причина?

2. Какие свойства серы и железа вы установили в этом опыте?

3. Сохранились ли данные индивидуальные свойства компонентов в смеси?

4. Какие свойства серы и железа были использованы в этом опыте для разделения смеси железа с серой?

ОПЫТ Ы 2–3. Неоднородные смеси можно разделить отстаиванием

Оборудование и материалы. Штатив, стаканы, цилиндры, делительные воронки; мутная (глина и песок) вода, смесь растительного масла и воды.

Проведение. Взболтайте мутную воду в стакане и вылейте суспензию в цилиндр. Перемешайте тщательно смесь масла с водой и перелейте эмульсию в делительную воронку, закрепленную в штативе.

Отметьте ваши наблюдения через 1, 2, 5 мин. Декантируйте жидкость из цилиндра в чистый стакан. Рассмотрите остаток в цилиндре и воду в стакане.

Повернув кран делительной воронки, слейте из нее нижний слой жидкости в стакан.

1. Какие свойства компонентов позволили разделить данные смеси?

2. Можно ли утверждать, что выделенные из смеси вещества (какие?) являются чистыми?

3. Приведите примеры разделения смесей методом отстаивания, применяемые на практике. На различии каких свойств веществ основан этот метод?

ОПЫТ 4. Разделение неоднородных смесей
можно ускорить центрифугированием

Оборудование и материалы. Центрифуга; мутная (глина) вода.

Проведение. Налейте суспензию в центрифужные пробирки, установите их в гнезда центрифуги и включите прибор в соответствии с инструкцией (или используйте ручную центрифугу) на 3–5 мин. Слейте воду в чистый стакан.

ОПЫТ Ы 5–6. Суспензии можно разделить
на компоненты фильтрованием

Оборудование и материалы. Штатив с кольцом, воронка для фильтрования, стаканы, стеклянные палочки, фильтровальная бумага, вата, марля; мутная вода, 3%-й раствор сульфата меди(II).

Проведение. Соберите установку для фильтрования и проведите фильтрование мутной воды сначала через слой марли, затем – ваты и, наконец, используя фильтровальную бумагу с достаточно мелкими порами. Аналогичный опыт проведите с раствором сульфата меди(II).

Отметьте ваши наблюдения, сравните чистоту фильтрата при использовании различных фильтрующих материалов и применении различных методов для разделения смесей. Сделайте соответствующие выводы.

1. Можно ли разделить фильтрованием смесь воды и растительного масла или другие эмульсии?

2. Приведите примеры практического разделения смесей с помощью фильтрования. На чем основан этот метод разделения смесей?

3. Какие смеси можно разделить фильтрованием, а какие смеси невозможно разделить этим методом?

ОПЫТ 7. Некоторые смеси можно разделить с помощью магнита

Оборудование и материалы. Магнит, листочки бумаги 10х10 см; смесь порошка железа с песком, набор (смесь) монет различного достоинства, смесь магнетита с пустой породой .

Проведение. Смесь помещают на лист бумаги, накрывают другим листком, подносят магнит и, не убирая его, переворачивают верхний листок с веществом, притягивающимся к магниту.

Опишите ваши наблюдения. Проверьте, какие еще вещества и материалы притягиваются магнитом.

1. Какие вещества или материалы выделились из смесей с помощью магнита?

2. На чем основан метод магнитного разделения смесей? Приведите примеры использования этого метода на практике.

ОПЫТ 8. Флотация применяется
для обогащения полезных ископаемых

Оборудование и материалы. Высокий химический стакан, шпатель; смесь тонко измельченной серы с песком, вода.

Проведение. С помощью шпателя подсыпайте небольшими порциями смесь серы с песком в стакан с водой, каждый раз хорошо перемешивая содержимое стакана.

Опишите ваши наблюдения. Уточните по справочнику плотность песка, серы и воды и запишите их значения в тетрадь.

1. Заметили ли вы какие-либо противоречия между свойствами серы и плотностью этого вещества?

2. Приведите примеры практического применения флотации как метода разделения веществ при обогащении полезных ископаемых. На чем основан этот метод?

ОПЫТ Ы 9–10. Можно ли выпариванием растворов
получить соль и сахарный песок?

Оборудование и материалы. Штатив с кольцом, сетка, фарфоровые чашки для выпаривания, спиртовка (горелка); 30%-й раствор поваренной соли, 40%-й раствор сахара.

Проведение. Соберите установку для выпаривания. Налейте 3–4 мл раствора поваренной соли в чашку и проведите выпаривание жидкости почти досуха. Тигельными щипцами снимите чашку с огня и убедитесь, что вода полностью выпарилась. В противном случае осторожно доведите опыт до конца, не допуская излишнего перегрева соли. (О с т о р о ж н о! Возможно разбрызгивание горячего концентрированного раствора.) После того как чашка с солью остынет, соберите сухой остаток на чистый лист бумаги. Аналогично (о с т о р о ж н о!) проведите выпаривание 3–4 мл раствора сахара. Попытайтесь и в этом случае собрать сухой остаток.

Опишите ваши наблюдения и сравните результаты выпаривания растворов поваренной соли и сахара. Обратите внимание на внешний вид полученных веществ. П о м н и т е, что пробовать вещества на вкус в лаборатории категорически запрещается!

1. Все ли твердые вещества, растворенные в воде, можно получить в чистом виде путем выпаривания раствора при обычных условиях?

2. Приведите примеры получения веществ в чистом виде методом выпаривания на практике. На чем основан этот метод?

ОПЫТ 11. Можно ли морскую воду превратить в пресную воду?

Оборудование и материалы. Установка для дистилляции воды, битый фаянс, предметные стекла, пипетки, тигельные щипцы; 3%-й раствор поваренной соли (имитация морской воды).

Проведение. Выпарьте каплю «морской воды» на предметном стекле и докажите, что данный образец жидкости является раствором. (На месте выпаренной капли останется «пятно» соли.) Соберите установку для дистилляции воды или ее упрощенный вариант, поместив предварительно в колбу для дистилляции кусочки битого фаянса (для равномерного кипения жидкости) и отгоните
2–3 мл дистиллята . Проверьте на чистоту пробу полученной порции дистиллированной воды путем выпаривания на предметном стекле.

Опишите наблюдения, сравните результаты выпаривания капель «морской» и дистиллированной воды, оцените эффективность данного метода очистки веществ.

1. Какие смеси (однородные или неоднородные) можно разделять методом дистилляции?

2. Какие компоненты смесей можно, а какие нельзя выделять путем дистилляции?

3. Приведите примеры практического применения дистилляции (перегонки). На чем основан этот способ очистки веществ?

ОПЫТ 12. Красивые кристаллы можно «вырастить» дома

Оборудование и материалы. Стаканы, нагревательный прибор, капроновая нить, стеклянная палочка; медный купорос, поваренная соль и другие соли, вода.

Проведение. Приготовьте 250–300 мл насыщенного при 30 °С раствора cоли (из имеющейся в наличии). Если раствор содержит видимые примеси, профильтруйте его в большой стакан.

К середине стеклянной палочки привяжите тонкую капроновую нить. Положите палочку на верх стакана, а свободный конец нити опустите в раствор почти до дна сосуда. Через 1–2 дня осмотрите нить и снимите с нее все кристаллики, кроме одного – самого крупного и самой правильной формы. Раствор можно вновь нагреть до растворения выпавших кристаллов и после охлаждения повторно опустить в него нить с кристаллом. Операцию проводят до получения крупного кристалла. Выращенные кристаллы лучше хранить в прозрачных закрытых сосудах, снабдив их этикетками.

Зарисуйте полученные кристаллы, сравните формы крупных и мелких кристаллов одного и того же вещества и формы кристаллов различных веществ. Сделайте соответствующие выводы.

Приведите примеры практического применения кристаллизации и перекристаллизации в качестве способа очистки веществ. На чем основан этот метод?

ОПЫТ 13. Растворимость йода в гексане выше, чем в воде

Оборудование и материалы. Делительная воронка, стакан; йодная вода, гексан (можно взять неокрашенный бензин или керосин прямой перегонки).

Проведение. Налейте в делительную воронку 5–10 мл йодной воды и осторожно по стенке сосуда добавьте 2–3 мл растворителя. Обратите внимание, что растворитель легче воды. Закройте воронку пробкой и осторожно, придерживая пробку, перемешайте смесь. Обратите внимание, что йод перешел из водного слоя в слой растворителя.

Опишите ваши наблюдения, сравните окраски исходных и полученных растворов. Объясните эти изменения. По словарю найдите толкование понятия «экстракция».

Приведите примеры практического применения экстракции как способа очистки и выделения веществ. На чем основан этот метод?

ОПЫТ 14. Черный уголь обесцвечивает чернила

Оборудование и материалы. Коническая колба, принадлежности для фильтрования; вода, чернила, таблетки активированного угля.

Проведение. Налейте в колбу 40–50 мл воды и добавьте 1–3 капли чернил, чтобы получился слабо окрашенный раствор. В колбу добавьте 3–5 таблеток активированного угля и круговыми движениями колбы интенсивно перемешайте смесь. Дайте смеси отстояться. Если обесцвечивания не произошло, добавьте еще несколько таблеток угля и повторите перемешивание. Убедившись, что адсорбция произошла полностью, профильтруйте смесь.

На чем основано явление адсорбции и где оно находит практическое применение?

ОПЫТ 15. Мы «пишем» красками

Оборудование и материалы. Фильтровальная бумага, пипетки, вода, фломастеры различных цветов.

Проведение. Несколькими прикосновениями цветного фломастера в одну и ту же точку получите на фильтровальной бумаге небольшое, но интенсивно окрашенное пятно. Капните каплю спирта или воды в центр пятна и по мере его расплывания добавляйте следующие капли растворителя. Если краситель однороден, то и цветное кольцо получится однородным. Если же краситель фломастера состоит из смеси нескольких красок, то вы получите хроматограмму из нескольких цветов, соответствующих составу красителя. Метод разделения сложных окрашенных смесей на составные части в данном случае называется бумажной хроматографией . Окрашенное пятно можно получить на бумаге также с помощью двух или более фломастеров и повторить опыт.

Опишите ваши наблюдения в эксперименте по разделению смеси методом хроматографии. Метод основан на различной степени адсорбции веществ специальными адсорбентами.

Приведите примеры разделения веществ методом хроматографии с помощью различных адсорбентов. На чем основан этот метод?

Вопросы и задания для систематизации
и обобщения понятий темы

1. Составьте план разделения следующих смесей:

а) песок, соль;

б) песок, глина, древесные опилки;

в) песок, йод, поваренная соль;

г) мелкие железные гвозди, бытовой мусор;

д) железные опилки, поваренная соль, сера.

2. Если повар пересолил суп, то рекомендуется опустить в кастрюлю небольшой полотняный мешочек с рисом (20–30 г) на 10–15 мин. На чем основано действие этого «бабушкиного секрета»? Можете ли вы предложить другой способ, как исправить дело?

3. Муку перед приготовлением теста просеивают через сито. Можно ли просеивание отнести к одному из методов очистки веществ? Если да, то на чем основан этот метод?

4. В известных сказках мачеха или другие злыдни заставляли героиню разделять некоторые смеси на отдельные компоненты. Вспомните, какие это были смеси и на основе какого метода они были разделены?

Г.И.ШТРЕМПЛЕР,
профессор кафедры химии
и методики обучения
Саратовского государственного
университета

Печатается с продолжением

Чистые вещества и смеси. Способы разделения смесей .

Для того чтобы установить свойства вещества, нужно иметь его в чистом виде, но в чистом виде вещества в природе не встречаются. Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым. С такими веществами работают в научной лаборатории, школьном химическом кабинете. Заметим, что абсолютно чистых веществ не существует.

Смесями являются почти все природные вещества, продукты питания (кроме соли, сахара, некоторых других), строительные материалы, товары бытовой химии, многие лекарственные и косметические средства.

Природные вещества представляют смеси, состоящие иногда из очень большого числа различных веществ. Так, например, природная вода всегда содержит растворенные в ней соли и газы. Иногда очень малое содержание примеси может привести к очень сильному изменению некоторых свойств вещества. Например, содержание в цинке лишь сотых долей железа или меди ускоряет его взаимодействие с соляной кислотой в сотни раз. Когда одно из веществ находится в смеси в преобладающем количестве, вся смесь обычно носит его название.

Компонент – это каждое вещество, содержащееся в смеси.

Чистое вещество всегда однородно, смеси же могут быть однородными и неоднородными .

Однородные смеси.

Добавим небольшую порцию сахара в стакан с водой и будем перемешивать, пока весь сахар не растворится. Жидкость будет иметь сладкий вкус. Таким образом, сахар не исчез, а остался в смеси. Но его кристалликов мы не увидим, даже рассматривая каплю жидкости в мощный микроскоп.

Рис. 3. Однородная смесь (водный раствор сахара)

Приготовленная смесь сахара и воды является однородной (рис. 3); в ней равномерно перемешаны мельчайшие частицы этих веществ.

Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить вооруженным глазом называют однородными.

Большинство металлических сплавов - также однородные смеси. Например, в сплаве золота с медью (его используют для изготовления ювелирных украшений) отсутствуют красные частицы меди и желтые частицы золота.

Вода в смеси с песком, мелом или глиной замерзает при температуре О 0 C и закипает при 100 0 С.

Некоторые виды неоднородных смесей имеют специальные названия: пена (например, пенопласт, мыльная пена), суспензия (смесь воды с небольшим количеством муки), эмульсия (молоко, хорошо взболтанные растительное масло с водой), аэрозоль (дым, туман).

Рис. 5. Неоднородные смеси:
а - смесь воды и серы;
б - смесь растительного масла и воды;
в - смесь воздуха и воды

Существуют разные способы разделения смесей. На выбор способа разделения смеси влияют свойства веществ, образующих данную смесь.

Рассмотрим подробнее каждый метод:

Отстаивание - распространённый способ очистки или жидкостей от нерастворимых в воде механических примесей, или жидких веществ, нерастворимых друг в друге, имеющих разную плотность.

Представьте, что перед вами смесь растительного масла и воды. Определите тип смеси. (неоднородная ). Сравните физические свойства масла и воды. (Это жидкости вещества, нерастворимые друг в друге, имеющие разную плотность). Предложите способ разделения данной смеси (отстаивание ). Его осуществляют с помощью делительной воронки .

Отстаивание используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов.

Фильтрование – отделение жидкости от твёрдых нерастворимых в ней примесей; молекулы жидкости проходят через поры фильтра, а крупные частицы примесей задерживаются.

Фильтрование можно производить не только с помощью бумажного фильтра. Для фильтрования можно использовать и другие сыпучие или пористые материалы. К сыпучим материалам, используемым при данном методе, относится, например, кварцевый песок. А к пористым – обожженная глина и стекловата.

Представьте, что перед вами смесь речного песка и воды. Определите тип смеси. (неоднородная ). Сравните физические свойства речного песка и воды. (Это вещества, нерастворимые друг в друге, имеющие разную плотность). Предложите способ разделения данной смеси (фильтрования ).

Действие магнитом – это способ разделения неоднородных смесей, когда одно из веществ смеси способно притягиваться магнитом

Представьте, что перед вами смесь смесь железа и серы. Определите тип смеси. (неоднородная ). Сравните физические свойства железа и серы. Эту смесь можно разделить отстаиванием , так как сера и железо - твёрдые вещества, не растворимые в воде. Если высыпать эту смесь в воду сера всплывёт на поверхность, а железо утонет. Также эту смесь можно разделить с помощью магнита , так как железо притягивается магнитом, а сера нет.

Выпаривание – это способ разделения однородных смесей , при этом происходит выделение твердого растворимого вещества из раствора, при нагревании вода испаряется, а кристаллы твёрдого вещества остаются.

Представьте, что перед вами смесь поваренной соли и воды. Определите тип смеси. (однородная ). Эту смесь можно разделить выпариванием , так как при кипячении вода испаряется, а поваренная соль остается в чашке для.

Дистилляция (латинского означает «стекание каплями») – это способ разделения однородных смесей, при этом происходит разделение жидких смесей на отличающиеся по составу фракции. Осуществляется путем частичного испарения жидкости с последующей конденсацией пара . Отогнанная фракция (дистиллят) обогащена относительно более летучими (низкокипящими) веществами, а неотогнанная жидкость (кубовый остаток) обогащена относительно менее летучими (высококипящими) веществами.

Дистилляция позволяет очистить природную воду от примесей. Полученную чистую (дистиллированную) воду используют в научно-исследовательских лабораториях, в производстве веществ для современной техники, в медицине для приготовления лекарств.

В лаборатории перегонку осуществляют на специальной установке (рис. 6). При нагревании смеси жидкостей сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Его пар выходит из сосуда, охлаждается, конденсируется1, и образовавшаяся жидкость стекает в приемник. Когда этого вещества уже не будет в смеси, температура начнет повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент. Нелетучие жидкости остаются в сосуде.

Рис. 6. Лабораторная установка для перегонки: а - обычная; б - упрощенная
1 - смесь жидкостей с разными температурами кипения;
2 - термометр;
3 - водяной холодильник;
4 - приемник

Рассмотрим, как используют некоторые методы разделения смесей.

Процесс фильтрования лежит в основе работы респиратора - устройства, которое защищает легкие человека, работающего в сильно запыленном помещении. В респираторе имеются фильтры, препятствующие попаданию пыли в легкие (рис. 7). Простейший респиратор - повязка из нескольких слоев марли. Фильтр, извлекающий пыль из воздуха, есть и в пылесосе.

Рис. 7. Рабочий в распираторе