разделить способом фильтрования можно смесь
Способы разделения смесей
Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.
| Способы разделения смесей | |
|---|---|
| неоднородных (гетерогенных) | однородных (гомогенных) |
| — Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование | — Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка) |
Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.
Отстаивание
Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.
Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.
Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):
На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.
Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:
Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.
Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):
Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).
Центрифугирование
Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.
Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.
Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.
С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.
Фильтрование
Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.
Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.
Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:
При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.
Действие магнитом
С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.
Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:
Выпаривание. Кристаллизация
Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.
Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:
Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.
Дистилляция (перегонка)
Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.
Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:
Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.
С пособы разделения смесей (и гетерогенных, и гомогенных) основаны на том факте, что вещества, входящие в состав смеси, сохраняют свои индивидуальные свойства. Гетерогенные смеси могут различаться по составу и фазовому состоянию, например: газ+жидкость; твердое вещество+жидкость; две несмешивающиеся жидкости и др. Основные способы разделения смесей представлены на схеме ниже. Рассмотрим каждый способ отдельно.
Разделение гетерогенных смесей
ФИЛЬТРОВАНИЕ
метод основанный на различной растворимости веществ и разных размерах частиц компонентов смеси. Фильтрование позволяет отделить твердое вещество от жидкости или газа.
Размер пор в фильтровальной бумаге таков, что позволяет молекулам воды и молекулам растворенного вещества беспрепятственно просачиваться. Частицы размером больше 0,01мм задерживаются на фильтре и не проходят сквозь него, таким образом формируется слой осадка.
Запомни! С помощью фильтрования нельзя разделить истинные растворы веществ, то есть растворы, в которых растворение произошло на уровне молекул или ионов.
Кроме фильтровальной бумаги в химических лабораториях используют специальные фильтры с
разным размером пор.
Фильтрование газовых смесей принципиально не отличается от фильтрования жидкостей. Разница заключается только в том, что при фильтровании газов от твердых взвешенных частиц (ТВЧ) используются фильтры специальных конструкций (бумажный, угольный) и насосы для принудительного прокачивания газовой смеси через фильтр, например фильтрация воздуха в салоне автомобиля или вытяжка над плитой.
Фильтрованием можно разделить:
ОТСТАИВАНИЕ
Данным методом можно разделять и несмешивающиеся жидкости. Для этого используют делительную воронку.
Отстаиванием можно разделить смеси:
МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ
Метод основан на разных магнитных свойствах твердых компонентов смеси. Данный метод используют при наличии в смеси веществ-ферромагнетиков, то есть веществ, обладающих магнитными свойствами, например железа.
Все вещества, по отношению к магнитному полю, условно можно разделить на три большие группы:
Магнитной сепарацией можно разделить:
Разделение гомогенных смесей
Для разделения жидких гомогенных смесей (истинных растворов) используют следующие методы:
ВЫПАРИВАНИЕ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.
Метод основан на различных температурах кипения растворителя и растворенного вещества. Используется для выделения растворимых твердых веществ из растворов. Выпаривание обычно проводят следующим образом: раствор наливают в фарфоровую чашку и нагревают ее, постоянно перемешивая раствор. Вода постепенно испаряется и на дне чашки остается твердое вещество.
При этом испаренное вещество (воду или растворитель) можно собрать методом конденсирования на более холодной поверхности. Например, если поместить холодное предметное стекло над выпаривательной чашкой, то на его поверхности образуются капли воды. На этом же принципе основан метод дистилляции.
ДИСТИЛЛЯЦИЯ. ПЕРЕГОНКА.
В природе вода в чистом виде (без солей) не встречается. Океаническая, морская, речная, колодезная и родниковая вода – это разновидности растворов солей в воде. Однако часто людям необходима чистая вода, не содержащая солей (используется в двигателях автомобилей; в химическом производстве для получения различных растворов и веществ; при изготовлении фотографий). Такую воду называют дистиллированной, именно ее применяют в лаборатории для проведения химических опытов.
Перегонкой можно разделить:
ХРОМАТОГРАФИЯ
Можно самостоятельно получить хроматограмму и увидеть сущность метода на практике. Нужно смешать несколько чернил и каплю полученной смеси нанести на фильтровальную бумагу. Затем точно в середину цветного пятнышка начнем по каплям приливать чистую воду. Каждую каплю нужно вносить только после того, как впитается предыдущая. Вода играет роль элюэнта, переносящего исследуемое вещество по сорбенту — пористой бумаге. Вещества, входящие в состав смеси, задерживаются бумагой по-разному: одни хорошо удерживаются ею, а другие впитываются медленнее и продолжают некоторое время растекаться вместе с водой. Вскоре по листу бумаги начнет расползаться настоящая красочная хроматограмма: пятно одного цвета в центре, окруженное разноцветными концентрическими кольцами.
Особенно большое распространение получила тонкослойная хроматография, в органическом анализе. Достоинства тонкослойной хроматографии в том, что можно использовать простейший и очень чувствительный метод детектирования – визуальный контроль. Проявлять невидимые глазу пятна можно различными реактивами, а также используя ультрафиолетовый свет или авторадиографию.
В анализе органических и неорганических веществ применяют хроматографию на бумаге. Разработаны многочисленные методы разделения сложных смесей ионов, например смесей редкоземельных элементов, продуктов деления урана, элементов группы платины
СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.
Способы разделения смесей, используемые в промышленности немногим отличаются от лабораторных способов, описанных выше.
Для разделения нефти чаще всего используют ректификацию (перегонку). Более подробно этот процесс описан в теме «Переработка нефти».
Самыми распространенными методами очистки и разделения веществ в промышленности являются отстаивание, фильтрация, сорбция и экстракция. Методы фильтрации и отстаивания проводятся аналогично лабораторным метода, с той разницей, что используются отстойники и фильтры больших объемов. Чаще всего, эти методы используются для очистки сточных вод. Поэтому рассмотрим подробнее методы экстракции и сорбции.
Термин «экстракция» приложим к различным фазовым равновесиям (жидкость – жидкость, газ – жидкость, жидкость – твердое тело и т.д.), но чаще его применяют к системам жидкость – жидкость, поэтому чаще всего можно встретить такое определение:
Одним из несмешивающихся растворителей обычно является вода, вторым – органический растворитель, однако это не обязательно. Экстракционный метод отличается универсальностью, он пригоден для выделения почти всех элементов в различных концентрациях. Экстракция позволяет разделять сложные многокомпонентные смеси зачастую эффективнее и быстрее, чем другие методы. Выполнение экстракционного отделения или разделения не требует сложного и дорогостоящего оборудования. Процесс может быть автоматизирован, при необходимости им можно управлять на расстоянии.
Чаще всего в промышленности методы абсорбции используют для очистки газовоздушных выбросов от частиц пыли или дыма, а также токсичных газообразных веществ. В случае поглощения газообразных веществ, между сорбентом и растворенным веществом может протекать химическая реакция. Например, при поглощении газообразного аммиака NH3 раствором азотной кислоты HNO3 образуется нитрат аммония NH4NO3 (аммиачная селитра), который можно использовать в качестве высокоэффективного азотного удобрения.
Процесс, при котором происходит абсорбция растворенного вещества за счет протекания химической реакции называется хемосорбцией.
Адсорбцию также используют для очистки воды от химических растворимых примесей. Например, фильтры для питьевой воды работают на принципе адсорбции слоем активированного угля с ионами серебра. Помимо поглощения всем объемом жидкого сорбента (абсорбции), и поверхностным слоем сорбента (адсорбции), выделяют также сорбцию твердого тела или расплава (окклюзию). При сорбции паров твердыми веществами часто происходит капиллярная конденсация.
Тестовые задания к параграфу 4
1. Выберите схемы, изображающие состав чистых веществ:
На рисунке под номером 2 мы видим разнородные молекулы, поэтому ответ: 1 и 3.
2. Фильтрованием можно разделить смесь:
1. воды и сахара;
2. воды и поваренной соли
3. воды и угольной пыли
4. воды и столового уксуса.
Что такое фильтрование? Отделение твердых, нерастворимых частиц от раствора. Какое вещество, из списка выше, нерастворимо в воде? Уголь.
Ответ: 3. воды и угольной выли.
3. Смесь порошков железа и серы является:
1) гомогенной;
2) гетерогенной.
Смесь чего? Смесь порошков. Казалось бы она должна быть гомогенной, ведь вещества находятся в одинаковом агрегатном состоянии. НО! По определению, гомогенной, называется смесь, в которой частицы вещества невозможно отличить даже под микроскопом. В данном случае, разницу между железом (темно-серое) и серой (светло-желтая) видно даже невооруженным глазом.
Ответ: 2) гетерогенной.
4. Очистить воду от подсолнечного масла можно:
1) выпариванием;
2) фильтрованием;
3) перегонкой;
4) отстаиванием.
5. Установите соответствие между смесью и способом ее разделения:
| 1) раствор поваренной соли в воде | А. действие магнитом |
| 2) раствор мела в воде | Б. с помощью делительной воронки |
| 3) смесь железа и серы | В. выпаривание |
| 4) смесь воды и бензина | Г. фильтрование |
Мел в воде нерастворим. Остальные указанные смеси, и способы их разделения, были описаны в параграфе, так что в подробности вдаваться не буду.
Ответы: 1) В; 2) Г; 3) А; 4) Б.
Способы разделения смесей
Как мы уже знаете, каждое вещество в составе смеси сохраняет свои свойства. Это позволяет разделять смеси на отдельные вещества. Чтобы ознакомиться со способами разделения смесей, выполним опыты.
Разделение смеси методом отстаивания
Приготовим смесь мела и воды. Для этого на дно прозрачной сосуды поместим 1 столовую ложку порошка мела, по стеклянной палочке добавим полстакана воды и перемешаем. Образуется смесь белого цвета, которая, постояв несколько минут, разделится на два слоя. Слой мела осядет на дно, а слой воды будет находиться над ним. Такое происходит потому что мел в воде не растворяется и он тяжелее воды. Осторожно слив воду, мы разделим эту смесь. Такой способ разделения смесей получил название отстаивания.
Разделение смеси мела и воды фильтрованием
Однако полностью разделить смесь мела и воды с помощью отстаивания не удается. Как достичь полного разделения смеси этих веществ? Выполним еще один опыт.
Смесь мела и воды пропустим через фильтр — плотный материал из специальной бумаги или ткани. Мы увидим, что вода проникает через фильтр в посуду-приемник, а мел остается на фильтре. Этот способ разделения смесей получил название фильтрования.
Фильтры изготавливаются из специальной бумаги, который так и называется — фильтровальная, или из тканей различной плотности. Фильтром может быть слой чистого песка или ваты. Кстати, в городских водоочистных станциях применяют песчаные фильтры. Толщина слоя песка в них достигает 1 м.
Как видим, отстаиванием и фильтрованием можно разделить смесь воды и нерастворимого в ней вещества.
Разделение смеси поваренной соли и воды выпариванием
Как вы знаете, поваренная соль хорошо растворяется в воде. Такую смесь веществ отстаиванием разделить нельзя. А удастся это сделать фильтрацией? Выполним опыт. Пропустим смесь воды и поваренной соли через бумажный фильтр. Мы увидим, что соли на фильтре не осталось.
Итак, если вещество хорошо растворяется в воде, то отстаивание и фильтрование не подходят для разделения такой смеси. Для этого существует другой способ — выпаривания.
Капните небольшое количество смеси воды и поваренной соли на стекло и начнем нагревать его до тех пор, пока вся вода не испарится. После того как вода испарится, на стекле останется пятно белого цвета. Это и есть поваренная соль. С помощью выпаривания мы разделили смесь воды и поваренной соли.
Разделение смеси газов
Вы уже знаете способы выделения составных частей из смеси твердых и жидких веществ. А как разделить смесь газообразных веществ? Рассмотрим это на примере воздуха.
Заключение
Разделение смеси — это выделение из нее чистых веществ.
Чтобы разделить смесь, необходимо знать свойства веществ, которые входят в ее состав.
Теперь вы знаете, что существуют различные способы разделения смесей: отстаивание, фильтрование, выпаривание.
Многие вещества на нашей планете не встречаются в чистом виде, потому ученые придумали множество методов разделения смесей. Некоторые смеси состоят из видимых невооруженному глазу частей. Но есть вещества, однородность которых сохраняется только до наступления особого состояния.
К примеру, из чего состоит гранит, видно всем, а вот структура молока становится явной только при его скисании. Ниже мы рассмотрим, как можно разделить смешанные вещества, и для чего применяется каждый из методов.
Способы разделения однородных смесей
Для выделения из готового состава растворенных компонентов принято использовать химические процессы. Разберем основные химические способы.
Выпаривание
В основу выпаривания заложены физические свойства компонентов смеси, а именно способность кипеть при разных температурах.
В ходе такого процесса состав можно разделить на жидкие и растворимые вещества. Например, вода и соль, или вода и сахар.
Выпариванием пользуются при необходимости выделения из имеющейся смеси только твердого ингредиента.
С температурами кипения отдельных веществ можно предварительно ознакомиться в справочниках по химии или физике. Данные представлены в наглядных таблицах.
Кристаллизация
Кристаллизацией называют процесс формирования кристаллов из стекол, газов, расплавов и растворов. Такую же формулировку применяют при образовании кристаллов с полученной структурой из кристаллов другого структурного класса, так называемые полиморфные превращения, либо при смене состояния вещества из жидкого на твердое кристаллическое.
Методом кристаллизации пользуются для выделения больших образований твердого вещества. Жидкость испаряется частично.
Раствор нагревают до определенной температуры и оставляют открытым на долгий период времени. При медленном испарении жидкости растворенное вещество выпадает в осадок в виде кристаллов. Таким методом в промышленных масштабах добывают соль из природной соленой воды.
Дистилляция (перегонка)
Метод перегонки основан на испарении летучих жидкостей, которые в дальнейшем превращаются в конденсат.
При нагревании раствора летучий компонент превращается в пар и оседает на стенках сосудов в виде капель конденсата.
Дистилляцию применяют в процессе опреснения морской воды, что очень актуально для стран с острой нехваткой питьевой воды.
Дистилляция – это основной метод переработки нефти, которая, по сути, является многокомпонентной смесью. В результате перегонки получают различные виды топлива.
Хроматография
Хроматография основана на способности поверхности определенных веществ с разной интенсивностью поглощать разделяемые компоненты.
Процесс можно рассмотреть на простом практическом примере – разделении красителей фильтровальной бумагой. При погружении конца полоски бумаги в раствор, растворители будут подниматься на разную высоту и с различной скоростью.
В промышленных масштабах фильтровальную бумагу заменяют углем, мелом, известняком и прочими веществами. Для разделения многокомпонентных растворов используют хроматографы. Они не только разделяют смеси, но и устанавливают их состав.
Методы разделения неоднородных составов
Для разделения нерастворимой группы смесей применяют несколько иные методики. Их задача заключается в отделении твердых нерастворимых частиц от жидкостей или твердых частиц другого вида.
Отстаивание
Это наиболее простой метод, который отличается тем, что в процессе отстаивания частицы, имеющие больший вес, чем вода, опускаются на дно сосуда.
Более легкие частицы наоборот всплывают на поверхность, где их потом и собирают.
Чем меньшего размера твердые компоненты, тем дольше длится отстаивание. Поэтому для ускорения очищения жидкости могут применять различные абсорбенты, адсорбенты и прочие химические катализаторы.
Фильтрование
Фильтрование часто используется совместно с отстаиванием. Для его осуществления понадобятся всевозможные фильтры.
Наиболее результативными являются вакуумные, дисковые и ленточные. Они задерживают твердые частицы и пропускают жидкость в емкость. Чем больше размер фильтра, тем быстрее будет происходить фильтрация.
Центрифугирование
Работа высокоскоростных центрифуг заключается в разделении особо устойчивых эмульсий.
При помощи центробежной силы компоненты смеси, имеющие индивидуальную густоту, разделяются через воронки в разные емкости. В этом и состоит суть центрифугирования.
Для газовых взвесей лучше использовать скоростные циклоны. Они собирают твердые частицы на электродах или стенках устройства.
Другие методы разделения
Отделить нужный компонент из имеющейся смеси можно и другими способами.
Приведем несколько примеров:
Сушка – тепловое удаление жидкости из смесей. После сушки остается только твердый состав. Часто применяется на производстве непосредственно перед упаковкой продукции.
Электрофорез – сложное явление, заключающееся в электрокинетическом перемещении дисперсных частиц в жидком или газообразном веществе под воздействием электрического поля. Электрофорез применяется для разделения и изучения состава смеси в молекулярной биологии, химии и биохимии.
Методов разделения смесей намного больше, нежели описано в этой статье. Существуют очень сложные способы, которые предназначены для выделения из состава веществ со схожими свойствами или имеющихся в критически малых количествах в гетерогенных и гомогенных смесях.