Типы смесей
Чтобы спланировать разделение смесей нужно вначале определить тип смеси, затем сравнить физические свойства компонентов, найти то самое различие, которое поможет разделить смесь. На основе этого выбирается метод разделения смеси. После метод дорабатывается: описывается, что нужно будет сделать до и после самого разделения.
В смеси бывает как минимум два вещества и если мы наблюдаем только одну фазу (не видно границ между веществами), то такие смеси называются однородными или гомогенными. Если же между веществами видна граница раздела фаз, то такую смесь называют неоднородной или гетерогенной.
Отчетливо видны разные продукты - смесь гетерогенная. Однако помните, не приводите пиццу как пример смеси, так как в данном случае пицца - смесь овощей, а в химии изучается смесь веществ!
Смесь гетерогенная, так как видна граница между жидкостью и твердым льдом.
Осветленный, фильтрованный яблочный сок представляет собой гомогенную смесь, так как содержащиеся в нем вещества находятся в одной фазе.
Это пример гетерогенной смеси, так как видна граница раздела фаз.
Опять таки, это смесь не веществ, а ягод, но смесь гетерогенная.
Сметана - гомогенная смесь, она содержит разные вещества, но визуально кажется однородной.
Если рассматривать левую часть фотографии, то там воздух - смесь газов, которые визуально неразличимы друг от друга - смесь гомогенная. Но в правой части фотографии газообразная фаза имеет явную границу с облаком - смесь гетерогенная.
Компоненты неоднородных смесей можно увидеть невооруженным взглядом или под микроскопом, так как компоненты смеси образуют скопления одинаковых частиц.
Компоненты однородных смесей неразличимы даже под микроскопом, так как частицы веществ равномерно распределены.
Способы разделения смесей
Основываясь на типе смеси и знаниях о свойствах каждого из компонентов смеси будем определять способы разделения смесей.
Фильтрование
Для разделения гетерогенных смесей твердых веществ, компоненты которых различаются растворимостью в определенном растворителе (например в воде) применяется метод Фильтрование. Обратите внимание, что после попытки растворения таких веществ образуется гетерогенная смесь твердого вещества и жидкости, которая также разделяется фильтрованием.
Для фильтрования требуется предварительное действие - растворение смеси веществ в растворителе, растворяющем один компонент, но не растворяющем другой.
В воронку помещают фильтровальную бумагу, сложенную кульком строго определенным образом и выливают аккуратно смесь на более толстую часть фильтра, чтобы не порвать его. Прошедшая сквозь фильтр жидкость называется фильтрат, а оставшееся на фильтре твердое вещество - остаток.
Фильтровальную бумагу складывают в четыре раза. Второй раз чуть наискосок и отрывают маленький кусочек (НЕ в углу), как показано на рисунке, чтобы потом было легче открыть фильтр, не повредив его. Радиус бумаги подбирают (или вырезают) таким образом, чтобы она была на 3-5 мм короче воронки. Далее запускают дистиллированную воду между фильтровальной бумагой и воронкой, чтобы бумага плотно прилегала к воронке без зазоров. Таким образом в трубке при фильтровании образуется давление и жидкость будет проходить быстрее.
Классическими примерами разделения веществ фильтрованием являются песок и вода, древесные опилки и сахар. Также этот способ широко используют и в быту: каждый из Вас фильтровал с помощью бумаги из чайного пакетика. Чайный раствор проходил в кружку, а твердые крупинки оставались. Более грубым аналогом фильтрования также является просеивание.
Также в современных кондиционерах, пылесосах и воздухоочистителях используются разнообразные фильтры, пропускающие воздух, но задерживающие твердые частицы. В быту бывает полезно разбираться в марках этих фильтров и в качестве, которую гарантирует каждый из этих фильтров, так как это поможет правильно выбрать технику или ее запчасть.
Магнитная сепарация
С помощью магнитной сепарации можно разделить гетерогенные смеси один из компонентов которых притягивается к магниту (обычно это железо), а другой - нет.
Магнит подносят и сквозь бумагу (чтоб не загрязнить магнит) притягивают одно из веществ. Второе вещество остается.
Отстаивание
Отстаиванием можно разделить те же вещества, что и фильтрованием. Плюс к этому можно разделить гетерогенные смеси с различной плотностью.
Примером твердых веществ, разделяющихся отстаиванием может послужить смесь угля, который всплывает в воде и песка, который осаждается в воде. После отстаивания верхний слой сливается.
Минус метода - требуется длительное время.
Также отстаиванием можно разделить гетерогенную смесь жидкостей с разными плотностями, например, масло и воду.
Для этого используется делительная воронка. Из крана сначала спускается жидкость с высокой плотностью, затем с низкой. Опять, следует подождать определенное время, пока жидкость отстоится. На производстве при очистке нефти от воды ждут несколько дней пока вся нефть всплывет, а вода уйдет вниз.
Центрифугирование можно рассматривать как отдельный метод очистки, а можно воспринимать как ускоренный метод отстаивания. Он часто используется в исследовательских лабораториях, чтобы не ждать часами, а осадить вещество за несколько минут. Также этот метод используется для отделения компонентов крови от плазмы.
Дистилляция, перегонка
С помощью дистилляции можно отделить гомогенную смесь двух жидкостей. Дистилляция основана на различии в температуре кипения двух жидкостей.
Вещество испаряющееся первым испаряется и конденсируется в обратном холодильнике, стекая в другую емкость.
Для дистилляции подбирают температуру при которой одно вещество уже кипит, а другое еще нет.
Примерами жидкостей, разделяемых дистилляцией могут служить столовый уксус, смесь воды и спирта и нефть.
Компоненты воздух при комнатной температуре являются газами, но если увеличить давление и понизить температуру, они конденсируются, в этих условиях они также разделяются дистилляцией.
Выпаривание, кристаллизация
Выпариванием отделяются компоненты гомогенной жидкой смеси, когда одно из веществ жидкое, а другое твердое.
Чашку для выпаривания со смесью нагревают, летучее вещество испаряется, а твердое остается. Это действие следует выполнять аккуратно, так как после того, как вся жидкость испарится, температура начнет сильно повышаться и твердое вещество может начать разлагаться. Поэтому последним молекулам воды позволяют испариться самостоятельно, оставив высыхать.
Хроматография
С помощью хроматографии разделяют гомогенные смеси жидкостей или газов, отличающихся растворимостью в определенном растворителе. Более подробно хроматографию Вы будете изучать позже.
Смесь помещается на хроматографическую бумагу, затем соприкасается с растворителем. Ее компоненты поднимаются увлекаясь растворителем вверх с разной скоростью, тем самым разделяются.
Выполните практическую работу
Выполните задания
Решение
Задание
Решение
Задание
Закрепите знания с помощью тестов.
Изучите далее: