4.1.2. Методы разделения смесей и очистки веществ.
Типы смесей
гетерогенные (неоднородные)
гомогенные (однородные)
Гетерогенными называют такие смеси, в которых можно выявить границу раздела между исходными компонентами либо невооруженным глазом, либо под лупой или микроскопом:
Вещества в таких смесях смешаны друг с другом максимально возможно, можно сказать, на молекулярном уровне. В таких смесях нельзя выявить границу раздела исходных компонентов даже под микроскопом:
Суспензия (твердое + жидкость)
Эмульсия (жидкость + жидкость)
Дым (твердое + газ)
Смесь порошков твердых веществ (твердое+твердое)
Истинные растворы (например, раствор поваренной соли в воде, раствор спирта в воде)
Твердые растворы (сплавы металлов, кристаллогидраты солей)
Газовые растворы (смесь не реагирующих между собой газов)
Методы разделения смесей
Гетерогенные смеси типов газ-жидкость, жидкость-твёрдое, газ-твёрдое неустойчивы во времени под действием силы тяжести. В таких смесях составные компоненты с меньшей плотностью постепенно поднимаются вверх (всплывают), а с большей — опускаются вниз (оседают). Такой процесс самопроизвольного разделения смесей с течением времени называют отстаиванием. Так, например, смесь мелкого песка и воды довольно быстро самопроизвольно делится на две части:
Для ускорения процесса осаждения вещества с большей плотностью из жидкости в лабораторных условиях чаще прибегают к более продвинутой версии метода отстаивания — центрифугированию. Роль силы тяжести в центрифугах играет центробежная сила, всегда возникающая при вращении. Поскольку центробежная сила напрямую зависит от скорости вращения, ее можно делать многократно больше силы тяжести, просто увеличивая число оборотов центрифуги в единицу времени. Благодаря этому достигается намного более быстрое по сравнению с отстаиванием разделение смеси.
После отстаивания или центрифугирования надосадочную жидкость можно отделить от осадка методом декантации — аккуратным сливанием жидкости с осадка.
Разделить смесь двух нерастворимых друг в друге жидкостей (после ее отстаивания) можно с помощью делительной воронки, принцип действия которой понятен из следующей иллюстрации:
Для разделения смесей веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях, помимо отстаивания и центрифугирования также широко используют фильтрование. Метод заключается в том, что фильтр обладает различной пропускной способностью по отношению к компонентам смеси. Чаще всего это связано с различным размером частиц, но также может быть еще обусловлено тем, что отдельные компоненты смеси сильнее взаимодействуют с поверхностью фильтра (адсорбируются им).
Так, например, взвесь твердого нерастворимого порошка с водой можно разделить, используя пористый бумажный фильтр. Твердое вещество остается на фильтре, а вода проходит через него и собирается в в емкости, расположенной под ним:
В некоторых случаях гетерогенные смеси могут быть разделены благодаря разным магнитным свойствам компонентов. Так, например, смесь порошков серы и металлического железа можно разделить с помощью магнита. Частицы железа в отличие от частиц серы притягиваются и удерживаются магнитом:
Разделение компонентов смеси с применением магнитного поля называют магнитной сепарацией.
Если смесь представляет собой раствор тугоплавкого твердого вещества в какой-либо жидкости, выделить это вещество из жидкости можно выпариванием раствора:
Для разделения жидких гомогенных смесей используют метод, называемый дистилляцией, или перегонкой. Данный способ имеет принцип действия, схожий с выпариванием, но позволяет отделять не только летучие компоненты от нелетучих, но также и вещества с относительно близкими температурами кипения. Один из простейших вариантов дистилляционных аппаратов представлен на рисунке ниже:
Смысл процесса дистилляции заключается в том, что при кипении смеси жидкостей первыми улетучиваются пары более легкокипящего компонента. Пары этого вещества после прохождения через холодильник конденсируются и стекают в приемник. Метод дистилляции широко применяется в нефтяной промышленности при первичной переработке нефти для разделения нефти на фракции (бензин, керосин, дизель и т.д.).
Так же методом дистилляции получают очищенную от примесей (прежде всего солей) воду. Воду, прошедшую очистку дистилляцией, называют дистиллированной водой.
Источник
Вода с песком гомогенная или гетерогенная
Каждый из нас в повседневной жизни имеет дело как с чистыми, так и с загрязненными веществами и, конечно же, со смесями веществ. Данный урок посвящен изучению понятий «чистое вещество», «загрязненное вещество», «смесь веществ». Вы научитесь по определенным признакам различать чистые вещества и смеси веществ.
I. Понятие “компонент”, “смесь”, “примесь”
В повседневной жизни каждый из нас сталкивается со множеством смесей веществ, имеет дело не только с чистыми, но и загрязненными веществами. Важно уметь различать данные понятия и уметь определять по конкретным признакам, с чем имеешь дело: чистым или загрязненным веществом, индивидуальным веществом или смесью веществ. Ведь человек хочет употреблять только ту воду, которая не содержит вредных примесей. Дышать мы хотим воздухом, не загрязненным вредными для здоровья газами. В медицине и производстве лекарственных препаратов проблема получения и использования чистых веществ особенно актуальна.
Познакомимся с основными терминами урока.
«Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».
Смесь – это то, что образуется при перемешивании двух и более различных по свойствам веществ.
Вещества, составляющие смесь, называют компонентами. Например, воздух – смесь газов: азота, кислорода, углекислого газа и других.
Если масса одного компонента в десятки раз меньше массы другого компонента смеси, то его называют примесью. Говорят, что вещество загрязнено. Например, воздух может быть загрязнен угарным газом, продуктом неполного сгорания органических соединений, в частности бензина. Кстати, бензин – это смесь органических веществ – углеводородов.
Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду. Например, соленая вода (смесь поваренной соли и воды) и смесь речного песка и воды. В первом случае нельзя увидеть границы раздела фаз твердое-жидкое. Такую смесь называют однородной (или гомогенной). Другими примерами однородных смесей являются уксус (смесь уксусной кислоты и воды), воздух, сахарный сироп.
Смесь речного песка и воды относят к неоднородным (или гетерогенным) смесям, т.к. состав такой смеси неодинаков в разных точках объема. Неоднородными являются смеси глины и воды, бензина и воды.
В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями.
II. Степень частоты вещества
Если примеси не обнаруживаются при использовании вещества в технических целях, то вещество называется технически чистым. Например, вещество, из которого делают фиолетовые чернила, может иметь в своем составе примеси. Но если эти примеси никак не влияют на качество чернил, то оно — технически чистое.
Если примеси не обнаруживаются с помощью химических реакций, то вещество относят к химически чистым. Например, это дистиллированная вода.
III. Способы разделения смесей
В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.
Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей
Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.
Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей.
| Пример смеси | Способ разделения |
| Смесь песка и поваренной соли в воде | |
| Смесь порошка железа и серы | |
| Раствор соли в воде – гомогенная смесь | |
| Смесь красных чернил | |
| Активированный уголь |
