Как можно разделить однородные смеси
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.
Химические и физические способы разделения смесей
Знаете ли вы, какие существуют способы разделения смесей? Не спешите с отрицательным ответом. Многие из них вы применяете в своей повседневной деятельности.
Чистое вещество: что это такое
Соединяясь между собой, атомы образуют молекулы, или вещества. Последние, соединяясь между собой, образуют смеси. Чистые вещества имеют постоянный состав и свойства. Это однородные структуры. Но их можно разделить на составляющие посредством химических реакций.
Ученые утверждают, что чистых веществ в природе практически не существует. Незначительное количество примесей есть в каждом из них. Это происходит потому, что большинство веществ отличаются активностью. Даже металлы, погруженные в воду, растворяются в ней на уровне ионов.
Состав чистых веществ всегда постоянный. Изменить его просто невозможно. Так, если в молекуле углекислого газа увеличить количество углерода или кислорода, это будет уже совсем другое вещество. А в смеси можно увеличить или уменьшить количество компонентов. Это изменит ее состав, но не факт существования.
Что такое смесь
В неоднородных, или гетерогенных смесях отдельные частицы различимы невооруженным глазом. Они отличаются друг от друга составом и свойствами. Это значит, что отделить их друг от друга можно чисто механически. С такой задачей прекрасно справилась Золушка, которую злая мачеха заставила отделить фасоль от гороха.
Химия: способы разделения смесей
В быту и природе встречается огромное количество смесей. Как правильно подобрать способ их разделения? Он обязательно должен быть основан на физических свойствах отдельных компонентов. Если вещества имеют разную температуру кипения, то эффективными будут выпаривание с последующей кристаллизацией, а также дистилляция. Такие способы применяют для разделения гомогенных растворов. Для разделения неоднородных смесей используют различие в других свойства их составляющих: плотности, смачиваемости, растворимости, размерах, магнитности и т. д.
Физические способы разделения смесей
При отделении компонентов смеси состав самих веществ не изменяется. Поэтому нельзя назвать способы разделения смесей химическим процессом. Так, путем отстаивания, фильтрования и воздействия магнитом можно разделить отдельные компоненты механически. В лаборатории при этом используются различные приборы: делительная воронка, фильтровальная бумага, магнитные полосы. Это способы разделения неоднородных смесей.
Просеивание
Этот способ является, пожалуй, самым простым. С ним знакома каждая домохозяйка. Основан он на различии в размерах твердых компонентов смеси. Просеивание применяется в быту при отделении муки от примесей, личинок насекомых и различных загрязнений. В сельскохозяйственном производстве таким образом очищают зерна злаков от постороннего мусора. Строители просеивают смесь песка и гравия.
Отстаивание
Фильтрование
Действие магнитом
Предложите способ разделения смесей порошков серы и железа. Естественно, это действие магнитом. Все ли металлы способны к этому? Вовсе нет. По степени восприимчивости различают три группы веществ. К примеру, золото, медь и цинк не прикрепятся к магниту. Они входят в группу диамагнетиков. Слабым восприятием отличаются магний, платина и алюминий. А вот если в состав смеси входят ферромагнетики, то этот метод будет самым эффективным. К ним относятся, например, железо, кобальт, никель, тербий, гольмий, тулий.
Выпаривание
Кристаллизация
В науке данный термин рассматривается в более широком значении. Это не просто метод получения чистых веществ. По своей природе кристаллами являются айсберги, минералы, кости и зубная эмаль.
Их рост происходит при наличии одинаковых условий. Кристаллы формируются в результате охлаждения жидкостей или перенасыщения пара, а в дальнейшем температура уже не должна меняться. Таким образом, сначала достигаются некоторые предельные условия. В результате возникает центр кристаллизации, вокруг которого собираются атомы жидкости, расплава, газа или стекла.
Дистилляция
Наверняка вы слышали о воде, которую называют дистиллированной. Эта очищенная жидкость необходима для изготовления лекарственных средств, лабораторных исследований, систем охлаждения. А получают ее в специальных приборах. Они называются дистилляторами.
Хроматография
Этот метод получил название по фамилии ученого, который впервые использовал его. Звали его Михаил Семенович Цвет. Первоначально метод применяли для разделения пигментов растений. А дословно хроматография переводится с греческого языка как «пишу цветом». Опустим фильтровальную бумагу в смесь воды и чернил. Первая сразу начнет впитываться. Это обусловлено разной степенью адсорбирующих свойств. При этом также учитывается диффузия и степень растворимости.
Адсорбция
Некоторые вещества обладают способностью притягивать молекулы другого вида. К примеру, мы принимаем активированный уголь при отравлении, чтобы избавиться от токсинов. Для этого процесса необходима поверхность раздела, которая находится между двумя фазами.
Этот способ применяют в химической промышленности при выделении бензола из газообразных смесей, очистки жидких продуктов переработки нефти, их очистки от примесей.
Итак, в нашей статье мы рассмотрели основные способы разделения смесей. Человек использует их как в быту, так и в промышленных масштабах. Выбор способа зависит от вида смеси. Важным фактором являются особенности физических свойств ее компонентов. Для разделения растворов, в которых отдельные части визуально неразличимы, используют методы выпаривания, кристаллизации, хроматографию и дистилляцию. Если отдельные компоненты можно определить, такие смеси называют неоднородными. Для их разделения применяют способы отстаивания, фильтрования и действия магнитом.
Разделение смесей — способы, методы и примеры
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:
Декантация – механическое отделение твердых веществ от жидких. Производится путем сливания жидкости с осадка. Широко применяется работниками ресторанов — сомелье и барменами.
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.
Чистые вещества и смеси
Урок 24. Химия 8 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Чистые вещества и смеси»
В жизни мы часто имеем дело со смесями, а не с чистыми веществами. Даже не вся вода является чистым веществом, а представляет собой смесь. Только вода, лишенная примесей или содержащая их мало, является чистым веществом. Такую воду называют дистиллированной. В большинстве своем – вода – это смесь растворенных в ней солей, минералов и других веществ, т.е. является смесью.
Смеси делят на две группы: однородные смеси, в которых даже с помощью микроскопа нельзя отличить частицы веществ. К однородным смесям относятся растворы спирта, сахара.
Неоднородные смеси, в которых даже невооруженным глазом или с помощью микроскопа можно различить вещества, входящие в состав смеси. К неоднородным смесям относятся смесь воды с мелом, воды с песком.
Смеси бывают: твердыми, жидкими и газообразными. Например, твердые смеси – это стекло, сплавы (мельхиор, чугун, гранит).
Жидкие – это клеточный сок, молоко, минеральная вода, кровь.
А газообразные – это воздух, пропан-бутановая смесь.
Смеси, в отличие от чистых веществ, имеют иные свойства. Так, чистая вода замерзает при температуре 0 0 С, а если растворить в ней соль, то температура замерзания значительно понижается. Этим свойством пользуются работники коммунальных служб, когда в период гололедицы посыпают дороги технической поваренной солью или другими реагентами. Чистое железо не ржавеет на воздухе, а железный гвоздь, из-за содержания в нем примесей, ржавеет.
Из смеси можно выделить составляющие ее компоненты. Существуют различные способы разделения смесей.
Одним из способов разделения неоднородной смеси является отстаивание. Этот способ основан на различной плотности веществ. Этим способом можно разделить смесь железных и древесных опилок, смешав смесь с водой и дав ей отстояться. Железные опилки опустятся вниз, а древесные всплывут наверх и их можно слить вместе с водой. Этим способом можно воспользоваться при разделении смеси воды и мела или воды и глины. Мел и глина в этом случае опустятся вниз, а воду можно осторожно слить.
Отстаиванием можно разделить и жидкости. Например, смесь растительного масла и воды, бензина и воды, нефти и воды. Эти жидкости быстро расслаиваются, поэтому их разделяют с помощью делительной воронки или колонки.
Разделение сливок от молока производят с помощью центрифугирования.
Другим методом является фильтрование, которое основано на различной пропускной способности фильтра по отношению к компонентам смеси. С помощью этого метода отделяют твердые примеси от жидкости. В химической лаборатории используют бумажные фильтры. Таким методом можно разделить смесь песка и поваренной соли. Эту смесь сначала растворяют в воде, затем пропускают через бумажный фильтр. Песок остается на фильтровальной бумаге, а раствор поваренной соли – фильтрат, проходит через фильтр. В промышленности жидкости фильтруют через специальные материалы – различные ткани. Для очистки концентрированного раствора щелочи используют стекловату.
Разделение смеси магнитом основано на различии магнитных свойств веществ. Если смешать железные опилки с серой на бумаге и накрыть еще сверху листом бумаги, а затем поднести магнит, то железные опилки притянутся магнитом, а сера нет.
Однородную смесь можно разделить на компоненты с помощью метода выпаривания. Он основан на различной температуре кипения веществ смеси. Этим методом можно разделить поваренную соль и воду. Для этого, в фарфоровую чашку наливают раствор соли и кипятят. Вода испаряется, а частицы соли остаются в чашке.
Иногда применяют способ упаривания, когда вода частично испаряется, получается концентрированный раствор, при охлаждении которого растворенное вещество выделяется в виде кристаллов. Этот способ называется кристаллизацией, при этом, вещество получается в чистом виде, а примеси остаются в растворе.
Для получения дистиллированной воды используют метод дистилляции, который тоже основан на различии температур кипения компонентов в смеси.
Состав смесей определяют с помощью химического анализа. Например, в металлургии при производстве стали, обязательно берут ее пробы для определения содержания углерода. Контроль за состоянием окружающей среды немыслим без определения концентрации примесей в воздухе и воде. Химический анализ горных пород и руд используется при разведке полезных ископаемых.
Знаменитый Шерлок Холмс раскрыл свои преступления во многих случаях только благодаря результатам химического анализа. Без химического анализа просто не обойтись в криминалистике, археологии, медицине и искусствоведении. Без химического анализа не обходятся и космические исследования Марса, Венеры, Луны.
С помощью методов химического анализа получают очень чистые вещества, в которых содержание примесей не превышает одной стотысячной и даже одной миллионной доли процента. Такие, особо чистые вещества, необходимы в атомной энергетике, полупроводниковой промышленности, волоконной оптике и др. областях.
С простейшими методами очистки веществ вы уже знакомы. Например, для очистки природной воды используют уголь, обожженную глину. Вода, проходя через эти пористые вещества, избавляется от различных примесей. Для очистки большого количества воды, используют смесь песка и гравия. Кроме этого, для обеззараживания воды используют метод хлорирования.