Чем же отличаются чистые вещества от смесей веществ?
Индивидуальное чистое вещество обладает определённым набором характеристических свойств (постоянными физическими свойствами). Только чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип= 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».
Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества
Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду.
Классификация смесей показана в таблице:
Приведём примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсий (растительное масло + вода) и растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).
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.
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 |
| Суспензия – смесь речного песка с водой | Отстаивание Разделениеотстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой . В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке. Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием |
| Смесь песка и поваренной соли в воде | Фильтрование На чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования?На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка . В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»). Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием |
| Смесь порошка железа и серы | Действие магнитом или водой Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет . Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно . Разделение смеси серы и железа с помощью магнита и воды |
| Раствор соли в воде – гомогенная смесь | Выпаривание или кристаллизация Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества.Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара.Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой. В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей. В домашних условиях можно сконструировать такой дистиллятор: Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с t кип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти. Разделение однородных смесей |
Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография .
Дома вы можете проделать следующий опыт. Подвесьте полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.
С помощью хроматографии русский ботаник М. С. Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?
Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности .
Прочитайте стихотворение Л. Мартынова «Дистиллированная вода»:
Вода
Благоволила
Литься!
Она
Блистала
Столь чиста,
Что ни напиться,
Ни умыться.
И это было неспроста.
Ей не хватало
Ивы, тала
И горечи цветущих лоз,
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.
Ей жизни не хватало
Чистой –
Дистиллированной воде!
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: |
| Примеры | |
| 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 .
Цели урока:
Образовательные – Создать условия для знакомства с понятием однородные и неоднородные смеси, чистым веществом как обладающем постоянными свойствами, показать его отличие от смесей. Показать разнообразие методов разделения смесей.
Воспитательные - Создать условия для формирования интереса к знаниям, умениям, адекватной оценке своей деятельности. Для продолжения экологического воспитания, бережного отношения к окружающей среде.
Развивающие - Создать условия для продолжения формирования умений учащихся составлять формулы неорганических веществ по названиям и называть вещества по формулам; продолжения развития умений учащихся распознавать классы неорганических соединений по формулам; развития умения распознавать чистые вещества и смеси по веществ; формирования умения составлять план действий разделения смесей веществ; формирования умения разделять смеси отстаиванием, фильтрованием, с помощью магнита, выпариванием.
Цели для ученика:
–знать понятие чистое вещество
– знать понятия неоднородная и однородная смеси
– знать методы разделения смесей: отстаивание, фильтрование, выпаривание, дистилляция
Знать современные методы очистки воды
Уметь разделять смеси отстаиванием, фильтрованием, с помощью магнита, выпариванием
Ход урока
1. Организационный момент
(организация начала урока)
Приветствие, создание благоприятного эмоционального фона, проверка присутствующих, проверка готовности к уроку.
2. Проверка выполнения домашнего задания (проверка домашнего задания)
§ 1
Задания 7–10
§ 4
3. Целеполагание, мотивация (сообщение темы, цели урока)
Тема урока: Чистые вещества и смеси. Методы разделения смесей.
Как Вы думаете, какие цели мы можем поставить на сегодняшний урок?
(Цели для ученика)
Нам хорошо знакомо, что такое чистота. Чистая комната, чистая тетрадь,чистая одежда… А что подразумевает собой понятие чистое вещество? Чем отличается чистое вещество от смеси веществ?
4. Актуализация опорных знаний и умений
Выясним вопросы: Что называют веществом? (Вещество – это то, из чего состоят физические тела)
5. Изучение нового материала (усвоение новых знаний и способов действий)
Чистое вещество.
В двух сосудах нагревали до кипения дистиллированную и морскую воду. Через определенное время измеряли температуры кипения в этих сосудах). Ученики обсуждают результаты эксперимента. Сам собой напрашивается вопрос-проблема, которую озвучивает учитель, «Почему у морской воды t кип не постоянная в разные промежутки времени, по сравнению с t кип дистиллированной воды». Учащиеся делают вывод, что соленость морской воды влияет на t кип С помощью учителя формулируется определение «Чистым веществом называется такое вещество, у которого постоянные физические свойства (температуры кипения, температуры плавления, плотность).
Смеси и их классификация
Учитель предлагает ученикам рассмотреть смеси, находящиеся на демонстрационном столе. Далее ребята дают определение смеси, как комбинации их нескольких веществ, находящихся в непосредственном контакте друг с другом. Учитель дополняет, что в природе нет абсолютно чистых веществ. Вещества встречаются преимущественно в виде смесей. Он рассказывает о воздухе, как смеси, которая состоит из газов – азота, кислорода, аргона и др. Загрязнение воздуха: Изменение содержания серы и сернистого газа в воздухе ведет пожелтению или обесцвечиванию листьев деревьев и карликовости. У человека этот газ раздражает верхние дыхательные пути. Увеличение содержания в воздухе угарного газа ведет к снижению способности гемоглобина эритроцитов переносить кислород, из-за чего у человека замедляются реакции, ослабляется восприятие, появляются головная боль, сонливость, тошнота. Под воздействием большого количества угарного газа может произойти обморок, случиться кома и даже наступить смерть.
Вот эта мутная жидкость смесь воды и мела. Частички мела в смеси видны невооружённым глазом. Однако по внешнему виду не всегда можно догадаться, что перед вами смесь. Например, молоко кажется нам однородным, но под микроскопом замечено, что оно состоит из капелек жира, молекул белка, плавающих в растворе. Как вы думаете, дождевая вода является чистым веществом? А воздух? Перед вами два стакана с прозрачной жидкостью в одном вода, а в другом раствор сахара в воде. Частички сахара нельзя увидеть не только невооружённым глазом, но даже в самый сильный микроскоп. Таким образом, смеси бывают разными. На какие две группы можно разделить смеси по внешнему виду? (Однородные и неоднородные). Заполним схему в рабочих картах. А какие смеси называются неоднородными? (Неоднородными называют такие смеси, в которых невооружённым глазом или при помощи микроскопа можно заметить частицы веществ составляющих смесь.) Какие смеси можно назвать однородными? (Однородными называют такие смеси, в которых даже с помощью микроскопа, нельзя обнаружить частицы веществ, входящих в смесь.)
Однородные - Растворы сахара в воде, NaCl, воздух
Неоднородные - Смесь Fe +S, NaCl и сахара, глина с водой
Первичная проверка понимания новых знаний
Ребята, а в природе мы часто встречаемся с чистыми веществами? (Нет, чаще встречаются смеси веществ).
Перед вами гранит. Что это смесь или чистое вещество? (Смесь).
Как вы догадались? (Гранит имеет зернистую структуру, в нём заметны частицы кварца, слюды, полевого шпата.).
Основные способы разделения смеси.
Демонстрационный опыт «Разделение смеси растительного масла и воды».
Перед вами смесь растительного масла и воды. Определите тип смеси. (Неоднородная). Сравните физические свойства масла и воды. (Это жидкие вещества нерастворимые друг в друге, имеющие разную плотность). Предложите способ разделения данной смеси. (Предложения детей). Этот способ называется отстаиванием. Его осуществляют с помощью делительной воронки. Заполним таблицу в рабочих картах «Способы разделения неоднородных смесей».
Демонстрационный опыт «Разделение смесей».
неоднородная смесь железа и серы. Эту смесь можно разделить отстаиванием, т.к. 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, т.к. железо притягивается магнитом, а сера нет.
Смесь песка с водой. Это неоднородная смесь. Мы разделили её фильтрованием.
Разные способы фильтрования смесей
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. Также существует понятие метода «горячее фильтрование». С помощью этого метода можно разделять смеси твердых веществ с разными температурами плавления.
Раствор соли в воде. Это однородная смесь. Мы разделили её выпариванием.
Но существуют ещё способы разделения однородных смесей. Один из них хроматография.
История открытия хроматографии
Хроматографию как метод разделения веществ в 1903 г. предложил русский ботаник М.С. Цвет (1872–1919). Его интересовала проблема, является ли природный зеленый краситель хлорофилл, входящий в состав листьев растений, индивидуальным веществом или смесью веществ? Для того чтобы выяснить это, он набил стеклянную трубку мелом, с одного конца прилил раствор хлорофилла и промыл его растворителем. Продвигаясь по трубке, хлорофилл образовал несколько зон, отличающихся окраской. В результате ученый установил, что хлорофилл – это смесь веществ. Предложенный метод разделения смесей он назвал хроматографией. В переводе дословно означает «цветопись».
Ещё один способ разделения однородной смеси – дистилляция или перегонка
История дистилляции
Дистилляция в переводе с латинского означает «стекание каплями». Древнейшие описания схемы дистиллятора даны в сочинении по алхимии Марии (это 1 век н.э.). Дистиллятор имел сосуд, отводящую трубку и приемник, охлаждаемый влажной губкой. Так что дистилляция низкокипящих жидкостей в нем была невозможна. К сосуду можно было присоединять даже несколько приемников с трубками.
7. Закрепление знаний, формирование первичных умений, навыков (закрепление знаний и способов действий)
ЗАДАНИЕ № 1
Приведите примеры смесей, которые можно разделить фильтрованием, отстаиванием. Ответ запишите в таблице.
ЗАДАНИЕ № 2
В сахар случайно попала раскрошенная пробка. Как очистить от неё сахар?
ЗАДАНИЕ № 3
Приведите пример смеси состоящей из трех веществ и перечислите последовательность действий необходимых для их разделения.
8.Обобщение и систематизация знаний
Таким образом, ребята мы познакомились с основными способами очистки веществ (перечислите их). Сделайте общий вывод, на чём же основано всегда разделение смесей? Сохраняют ли вещества в смесях свои свойства? Запись в тетрадь вывода: в смесях вещества сохраняют свои индивидуальные свойства. Разделение смесей основано на различиях физических свойств веществ, входящих в смесь.
9. Контроль и самопроверка знаний
Определите по таблице оборудование, которое необходимо для разделения указанных в ней смесях. Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название ещё одного способа получения чистых веществ.
|
Название оборудования |
Состав смеси |
|||
|
Подсолнечное масло и вода |
Глина и вода |
Морская вода |
Железо и медь |
|
|
Воронка химическая |
||||
|
Делительная воронка |
||||
|
Химический стакан |
||||
|
Спиртовка |
||||
|
Фильтр |
||||
|
Фарфоровая чашечка |
||||
|
Магнит |
||||
10. Подведение итогов урока
Проверка загадки, Оценки за работу на уроке.
Нет на карте белых пятен,
Вся Земля давно открыта,
Но самых смелых ожидают
Настоящие открытия!
11. Рефлексия
Что нового вы узнали сегодня на уроке?
Что запомнилось?
Что понравилось, а что не удалось, на ваш взгляд?
12. Информация о домашнем задании и инструктаж по его выполнению (домашнее задание, консультация по домашнему заданию)
§ 2
Задания 2, 4–6
Знать определение понятий: чистые вещества, однородные и неоднородные смеси; сущность каждого способа разделения смесей. Ответить на вопросы 2, 4-6. По желанию: приготовить сообщение на тему «Применение методов химического анализа в работе криминалистов, археологов, медиков, искусствоведов» или составить кроссворд, используя понятия сегодняшнего урока и названия оборудования, необходимого для разделения смесей.
Данный урок представляет собой практическое занятие, в процессе которого вы научитесь разделять с помощью изученных методов различные смеси веществ. В уроке подробно описано проведение опытов по разделению следующих смесей: 1) сахара с древесными опилками; 2) поваренной соли с речным песком; 3) растительного масла с водой.
Тема: Первоначальные химические представления
Урок: Практическое занятие 2. Разделение смесей веществ
Разделение любой смеси веществ основано на знании различия свойств составляющих ее компонентов. Таким образом, чтобы разделить предложенную смесь на составляющие компоненты, нужно знать, чем они отличаются друг от друга.
ОПЫТ 1. Разделение смеси сахара и древесных опилок. Как вы знаете, сахар хорошо растворяется в воде, а древесные опилки - нет. Кроме того, древесные опилки не тонут в воде, поэтому для разделения данной смеси можно использовать метод отстаивание.
Для начала смесь нужно поместить в воду (сахар растворится), а затем аккуратно извлечь древесные опилки с поверхности воды. Для того чтобы выделить в чистом виде растворенный в воде сахар, нужно упарить раствор, оставив немного воды, а затем охладить его - в результате в осадок выпадут кристаллы сахара (здесь используются методы выпаривания и кристаллизации).
Рис. 1. Разделение смеси сахара и древесных опилок
ОПЫТ 2. Очистка поваренной соли от примеси речного песка. Легкорастворимые вещества нетрудно очистить от механических загрязнений фильтрованием раствора. Сначала необходимо загрязненную поваренную соль поместить в воду, соль растворится в воде, а примеси - нет. Чтобы отделить механические примеси можно использовать метод фильтрования. Заметим, что когда загрязняющее вещество растворимо, фильтр не сможет его отделить. Как получить из очищенного раствора сухую поваренную соль? Для этого нужно использовать метод выпаривания: вода испарится, а на стенках фарфоровой чашки останутся кристаллы очищенной соли.
Рис. 2. Очистка поваренной соли от примеси речного песка (стадия выпаривания фильтрата)
Очистку поваренной соли от речного песка проводят, основываясь на таких свойствах соли, как хорошая растворимость в воде и нелетучесть (при выпаривании воды из раствора).
ОПЫТ 3 . Разделение смеси растительного масла и воды. Если жидкости не растворимы друг в друге и имеют различные плотности, то их можно разделить с помощью метода отстаивания.
В делительную воронку нальем воды и прибавим несколько капель растительного масла. Взболтаем воронку. Получается белая эмульсия: смесь масла и воды. Дадим смеси отстояться. Постепенно эмульсия разделяется на два слоя: тяжелый нижний слой — вода. Верхний, более легкий — растительное масло. Осторожно сольем воду через кран делительной воронки. В воронке остается растительное масло.
Рис. 3. Использование метода отстаивания для разделения смеси растительного масла и воды
Отстаиванием можно разделять смеси и других мало- или нерастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью. Например, смесь бензина и воды; смесь нефти и воды.
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006.
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с.10-11)
3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005.(§4)
4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобр. учреждений / Г.Е. Рудзитис, ФюГю Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§2)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
Проведите домашний эксперимент. Подкрасьте 50 мл воды чернилами. Добавьте 2-3 таблетки активированного угля. Хорошо перемешайте. Дайте смеси отстояться или профильтруйте ее. Опишите свои наблюдения. Какой метод очистки воды вы использовали?
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
Атомы, молекулы, вещества и смеси - это основные химические понятия. Что они обозначают? В таблице Д. И. Менделеева 118 химических элементов. Это различные типы элементарных частиц - атомов. Они отличаются между собой массой.
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
Совокупность нескольких веществ называют смесью. Они могут быть двух видов. Если отдельные компоненты в смеси неразличимы, ее называют однородной, или гомогенной. Есть еще одно название, которое чаще всего применяется в быту - раствор. Компоненты такой смеси нельзя разделить физическими методами. К примеру, из соляного раствора не получится механически извлечь кристаллы, которые в нем растворены. В природе встречаются не только жидкие растворы. Так, воздух - это газообразная однородная смесь, а сплав металлов - твердая.
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
Этот способ разделения смесей применяется для компонентов с различной плотностью. Если песок попал в воду, полученный раствор нужно хорошо перемешать и оставить на некоторое время. То же можно сделать со смесью воды и растительного масла или нефти. Песок осядет на дно. А вот масло, наоборот, будет собираться сверху. Такой способ наблюдается в быту и природе. К примеру, из дыма оседает сажа, из тумана - отдельные капли росы. А если оставить домашнее молоко на ночь, то к утру можно будет собрать сливки.
Фильтрование
Любители заварного чая применяют этот метод ежедневно. Речь идет о фильтровании - способе разделения смесей, основанном на различной растворимости компонентов. Представьте, что в воду попали железные опилки и соль. Крупные нерастворимые частицы останутся на фильтре. А растворенная соль пройдет сквозь него. Принцип этого метода лежит в основе работы пылесосов, действия респираторных масок и марлевых повязок.
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
Какой способ разделения смесей подойдет для водного однородного раствора? Это выпаривание. Если у вас есть только соленая вода, а нужна чистая - не стоит сразу расстраиваться. Нужно нагреть смесь до температуры кипения. В результате вода испарится. А на дне посуды будут видны кристаллы растворенного вещества. Чтобы собрать воду, ее необходимо конденсировать - перевести из газообразного состояния в жидкое. Для этого пары охлаждаются, касаясь поверхности с меньшей температурой, и стекают в приготовленную тару.
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.
Дистилляция - это способ разделения смесей веществ с разной температурой кипения. В переводе с латинского языка термин означает "стекание каплями". С помощью этого метода, к примеру, можно выделить спирт и воду из раствора. Первое вещество начнет закипать при температуре +78 о С. Пары спирта в дальнейшем конденсируются. Вода же останется в жидком виде.
Подобным способом из нефти получают продукты ее переработки: бензин, керосин, газойль. Этот процесс не является химической реакцией. Нефть разделяется на отдельные фракции, каждая из которых имеет свою температуру кипения. Происходит это в несколько этапов. Сначала осуществляется первичная сепарация нефти. Ее очищают от попутного газа, механических примесей и водяных паров. На следующем этапе полученный продукт помещают в ректификационные колонны и начинают нагревать. Это и есть атмосферная перегонка нефти. При температуре менее 62 градусов улетучиваются остатки попутного газа. Нагревая смесь до 180 градусов, получают бензиновые фракции, до 240 - керосин, до 350 - дизельное топливо. Остатком термической переработки нефти является мазут, который используют в качестве смазочного материала.
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.
