Ako se raspršene čestice sporo oslobađaju iz medija ili je potrebno prethodno bistriti heterogeni sustav, koriste se metode kao što su flokulacija, flotacija, klasifikacija, koagulacija itd.
Koagulacija je proces adhezije čestica u koloidnim sustavima (emulzijama ili suspenzijama) uz stvaranje agregata. Do adhezije dolazi zbog sudaranja čestica tijekom Brownovog gibanja. Koagulacija se odnosi na spontani proces koji nastoji ući u stanje koje ima nižu slobodnu energiju. Koagulacijski prag je minimalna koncentracija primijenjene tvari koja uzrokuje koagulaciju. Umjetno se koagulacija može ubrzati dodavanjem posebnih tvari - koagulatora - u koloidni sustav, kao i djelovanjem električnog polja na sustav (elektrokoagulacija), mehaničkim djelovanjem (vibriranje, miješanje) itd.
Tijekom koagulacije, u odvojenu heterogenu smjesu često se dodaju kemikalije za zgrušavanje koje uništavaju solvatizirane ljuske, a smanjuju difuzijski dio dvostrukog električnog sloja koji se nalazi na površini čestica. To olakšava aglomeraciju čestica i stvaranje agregata. Dakle, zbog stvaranja većih frakcija disperzne faze, ubrzava se taloženje čestica. Kao koagulanti koriste se soli željeza, aluminija ili soli drugih polivalentnih metala.
Peptizacija je obrnuti proces koagulacije, a to je razgradnja agregata u primarne čestice. Peptizacija se provodi dodavanjem peptizirajućih tvari disperzijskom mediju. Ovaj proces potiče rastavljanje tvari na primarne čestice. Peptizirajuća sredstva mogu biti površinski aktivne tvari ili elektroliti, poput huminskih kiselina ili željeznog klorida. Postupkom peptizacije dobivaju se tekući disperzni sustavi iz paste ili praha.
Flokulacija je pak vrsta koagulacije. U ovom procesu, male čestice koje su suspendirane u plinovitom ili tekućem mediju tvore flokulentne agregate koji se nazivaju flokule. Topljivi polimeri, na primjer, polielektroliti, koriste se kao flokulanti. Tvari koje stvaraju flokule tijekom flokulacije mogu se jednostavno ukloniti filtracijom ili taloženjem. Flokulacija se koristi za obradu vode i odvajanje vrijednih tvari iz otpadne vode, kao i za obogaćivanje minerala. U slučaju obrade vode koriste se flokulanti u niskim koncentracijama (od 0,1 do 5 mg/l).
Za uništavanje agregata u tekućim sustavima koriste se aditivi koji induciraju naboje na česticama koji sprječavaju njihovo međusobno približavanje. Ovaj se učinak može postići i promjenom pH okoliša. Ova metoda se naziva deflokulacija.
Flotacija je proces odvajanja čvrstih hidrofobnih čestica od tekuće kontinuirane faze njihovim selektivnim fiksiranjem na granici između tekuće i plinovite faze (dodirna površina tekućine i plina ili površina mjehurića u tekućoj fazi). Rezultirajući sustav krute čestice i plinoviti uključci uklanjaju se s površine tekuće faze. Ovaj se postupak koristi ne samo za uklanjanje čestica disperzne faze, već i za odvajanje različitih čestica zbog razlika u njihovoj močivosti. U tom se procesu hidrofobne čestice fiksiraju na sučelju i odvajaju od hidrofilnih čestica koje se talože na dno. Najbolji rezultati flotacije postižu se kada je veličina čestica između 0,1 i 0,04 mm.
Postoji nekoliko vrsta flotacije: pjena, ulje, film itd. Najčešća je pjenasta flotacija. Ovaj proces omogućuje da čestice tretirane reagensima budu prenesene na površinu vode pomoću mjehurića zraka. To omogućuje stvaranje pjenastog sloja čija se stabilnost podešava pomoću koncentrata pjene.
Klasifikacija se koristi u uređajima promjenjivog presjeka. Uz njegovu pomoć, moguće je odvojiti određeni broj malih čestica od glavnog proizvoda, koji se sastoji od velikih čestica. Klasifikacija se provodi pomoću centrifuga i hidrociklona zbog djelovanja centrifugalne sile.
Odvajanje suspenzija magnetskom obradom sustava vrlo je obećavajuća metoda. Voda koja je obrađena u magnetskom polju dugo zadržava promijenjena svojstva, na primjer, smanjenu sposobnost vlaženja. Ovaj proces omogućuje intenzivnije odvajanje suspenzija.
Tema: “Metode razdvajanja smjesa” (8. razred)
Teorijski blok.
Definicija pojma "mješavina" dana je u 17. stoljeću. engleski znanstvenik Robert Boyle: “Mješavina je integralni sustav koji se sastoji od heterogenih komponenti.”
Usporedna svojstva smjese i čiste tvari
|
Znakovi usporedbe |
Čista tvar |
Smjesa |
|
Konstantno |
prevrtljiv |
|
|
Supstance |
Isti |
Razni |
|
Fizička svojstva |
Trajna |
prevrtljiv |
|
Promjena energije tijekom formiranja |
Događa se |
Ne događa se |
|
Razdvajanje |
Kroz kemijske reakcije |
Fizikalnim metodama |
Smjese se međusobno razlikuju po izgledu.
Klasifikacija smjesa prikazana je u tablici:
Navedimo primjere suspenzija (riječni pijesak + voda), emulzija (biljno ulje + voda) i otopina (zrak u tikvici, kuhinjska sol + voda, sitni novac: aluminij + bakar ili nikal + bakar).
Metode odvajanja smjesa
U prirodi tvari postoje u obliku smjesa. Za laboratorijska istraživanja, industrijsku proizvodnju te za potrebe farmakologije i medicine potrebne su čiste tvari.
Za pročišćavanje tvari koriste se različite metode razdvajanja smjesa.
Isparavanje je odvajanje krutih tvari otopljenih u tekućini njihovim pretvaranjem u paru.
Destilacija- destilacija, odvajanje tvari sadržanih u tekućim smjesama prema vrelištima, nakon čega slijedi hlađenje pare.
U prirodi se voda ne pojavljuje u čistom obliku (bez soli). Oceanska, morska, riječna, bunarska i izvorska voda su vrste otopina soli u vodi. No, ljudima je često potrebna čista voda koja ne sadrži soli (koristi se u automobilskim motorima; u kemijskoj proizvodnji za dobivanje raznih otopina i tvari; za izradu fotografija). Takvu vodu nazivamo destiliranom, a način njezina dobivanja destilacijom.
Filtriranje - procjeđivanje tekućina (plinova) kroz filtar kako bi se očistile od čvrstih nečistoća.
Te se metode temelje na razlikama u fizičkim svojstvima komponenti smjese.
Razmotrite metode odvajanja heterogena i homogene smjese.
|
Primjer smjese |
Metoda odvajanja |
|
Suspenzija - mješavina riječnog pijeska i vode |
Zagovaranje Razdvajanje braneći se na temelju različitih gustoća tvari. Teži pijesak taloži se na dno. Također možete odvojiti emulziju: odvojite ulje ili biljno ulje od vode. U laboratoriju se to može učiniti pomoću lijevka za odjeljivanje. Nafta ili biljno ulje čini gornji, lakši sloj. Uslijed taloženja iz magle pada rosa, iz dima se taloži čađa, a u mlijeku se taloži vrhnje. Odvajanje smjese vode i biljnog ulja taloženjem |
|
Mješavina pijeska i kuhinjske soli u vodi |
Filtriranje Na čemu se temelji razdvajanje heterogenih smjesa pomoću filtriranje?O različitoj topivosti tvari u vodi i o različitim veličinama čestica. Kroz pore filtera prolaze samo njima usporedive čestice tvari, dok se veće čestice zadržavaju na filteru. Na taj način možete odvojiti heterogenu mješavinu kuhinjske soli i riječnog pijeska. Kao filteri mogu se koristiti različite porozne tvari: vata, ugljen, pečena glina, prešano staklo i drugo. Metoda filtracije osnova je za rad kućanskih aparata, poput usisavača. Koriste ga kirurzi - zavoji od gaze; bušači i radnici na dizalima - maske za disanje. Koristeći cjedilo za čaj za filtriranje listova čaja, Ostap Bender, junak djela Ilfa i Petrova, uspio je uzeti jednu od stolica od Ellochke the Ogress ("Dvanaest stolica"). Odvajanje smjese škroba i vode filtracijom |
|
Mješavina željeza i sumpora u prahu |
Djelovanje magnetom ili vodom Željezni prah bio je privučen magnetom, ali sumporni prah nije. Sumporni prah koji se ne može močiti ispliva na površinu vode, a teški prah željeza koji se može močiti taloži se na dno. Odvajanje smjese sumpora i željeza pomoću magneta i vode
|
|
Otopina soli u vodi je homogena smjesa |
Isparavanje ili kristalizacija Voda isparava, ostavljajući kristale soli u porculanskoj šalici. Kada se voda ispari iz jezera Elton i Baskunchak, dobiva se kuhinjska sol. Ova metoda odvajanja temelji se na razlici vrelišta otapala i otopljene tvari.Ako se tvar, na primjer šećer, zagrijavanjem raspada, tada voda nije potpuno isparena - otopina se ispari, a zatim se talože kristali šećera iz zasićena otopina Ponekad je potrebno nečistoće iz otapala ukloniti kuhanjem na nižoj temperaturi, npr. vodu iz soli. U tom slučaju, pare tvari moraju se skupiti i potom kondenzirati nakon hlađenja. Ovaj način odvajanja homogene smjese naziva se destilacija ili destilacija. U posebnim uređajima – destilatorima dobiva se destilirana voda koja se koristi za potrebe farmakologije, laboratorija, rashladnih sustava automobila. Kod kuće možete napraviti takav destilator: Ako odvojite smjesu alkohola i vode, tada će se alkohol s vrelištem = 78 °C najprije destilirati (sakupiti u prijemnoj epruveti), a voda će ostati u epruveti. Destilacija se koristi za proizvodnju benzina, kerozina i plinskog ulja iz nafte. Razdvajanje homogenih smjesa |
Posebna metoda za razdvajanje komponenti, koja se temelji na njihovoj različitoj apsorpciji od strane određene tvari, je kromatografija.
Ruski botaničar M. S. Cvet prvi je pomoću kromatografije izolirao klorofil iz zelenih dijelova biljaka. U industriji i laboratorijima umjesto filter papira za kromatografiju koriste se škrob, ugljen, vapnenac i aluminijev oksid. Jesu li uvijek potrebne tvari s istim stupnjem pročišćavanja?
Za različite svrhe potrebne su tvari s različitim stupnjevima pročišćavanja. Vodu za kuhanje treba ostaviti da odstoji dovoljno da se uklone nečistoće i klor koji se koristi za dezinfekciju. Voda za piće mora se prvo prokuhati. A u kemijskim laboratorijima za pripremu otopina i provođenje eksperimenata, u medicini je potrebna destilirana voda, pročišćena što je više moguće od tvari otopljenih u njoj. Osobito čiste tvari, čiji sadržaj nečistoća ne prelazi milijunti dio postotka, koriste se u elektronici, poluvodiču, nuklearnoj tehnologiji i drugim preciznim industrijama.
Metode iskazivanja sastava smjesa.
Maseni udio komponente u smjesi- omjer mase komponente prema masi cjelokupne smjese. Obično se maseni udio izražava u %, ali ne nužno.
ω ["omega"] = m komponenta / m smjesa
Molni udio komponente u smjesi- omjer broja molova (količine tvari) komponente prema ukupnom broju molova svih tvari u smjesi. Na primjer, ako smjesa sadrži tvari A, B i C, tada:
χ ["chi"] komponenta A = n komponenta A / (n(A) + n(B) + n(C))
Molarni omjer komponenata. Ponekad problemi za smjesu ukazuju na molarni omjer njenih komponenti. Na primjer:
n komponenta A: n komponenta B = 2:3
Volumni udio komponente u smjesi (samo za plinove)- omjer volumena tvari A prema ukupnom volumenu cjelokupne plinske smjese.
φ ["phi"] = V komponenta / V smjesa
Praktični blok.
Pogledajmo tri primjera problema u kojima smjese metala reagiraju s sol kiselina:
Primjer 1.Kada je smjesa bakra i željeza težine 20 g bila izložena višku klorovodične kiseline, oslobođeno je 5,6 litara plina (br.). Odredite masene udjele metala u smjesi.
U prvom primjeru bakar ne reagira sa solnom kiselinom, odnosno vodik se oslobađa kada kiselina reagira sa željezom. Dakle, znajući volumen vodika, možemo odmah pronaći količinu i masu željeza. I, sukladno tome, maseni udjeli tvari u smjesi.
Rješenje primjera 1.
Određivanje količine vodika:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
Prema jednadžbi reakcije:
Količina željeza je također 0,25 mol. Možete pronaći njegovu masu:
m Fe = 0,25 56 = 14 g.
Odgovor: 70% željeza, 30% bakra.
Primjer 2.Kada je smjesa aluminija i željeza mase 11 g bila izložena višku klorovodične kiseline, oslobođeno je 8,96 litara plina (n.s.). Odredite masene udjele metala u smjesi.
U drugom primjeru reakcija je oba metal Ovdje se vodik već oslobađa iz kiseline u obje reakcije. Stoga se ovdje ne može koristiti izravni izračun. U takvim je slučajevima prikladno riješiti pomoću vrlo jednostavnog sustava jednadžbi, uzimajući x kao broj molova jednog od metala, a y kao količinu supstance drugog.
Rješenje primjera 2.
2HCl = FeCl2+
Mnogo je prikladnije riješiti takve sustave metodom oduzimanja, množenjem prve jednadžbe s 18:
27x + 18y = 7,2
i oduzimanjem prve jednadžbe od druge:(56 − 18)y = 11 − 7.2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 mol (Al)
Određivanje količine vodika:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
Neka je količina aluminija x mola, a količina željeza x mola. Tada možemo izraziti količinu oslobođenog vodika u smislu x i y:
Znamo ukupnu količinu vodika: 0,4 mol. Sredstva,
1,5x + y = 0,4 (ovo je prva jednadžba u sustavu).
Za smjesu metala trebamo izraziti mase kroz količinu tvari.
m = M n
Dakle, masa aluminija
m Al = 27x,
masa željeza
m Fe = 56u,
i masu cijele smjese
27x + 56y = 11 (ovo je druga jednadžba u sustavu).
Dakle, imamo sustav od dvije jednadžbe:
m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 g
m Al = 0,2 27 = 5,4 g
ω Fe = m Fe / m smjesa = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),
odnosno,
ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%
Odgovor: 50,91% željeza, 49,09% aluminija.
Primjer 3.16 g smjese cinka, aluminija i bakra tretirano je suviškom otopine klorovodične kiseline. U ovom slučaju oslobođeno je 5,6 litara plina (n.s.), a 5 g tvari nije se otopilo. Odredite masene udjele metala u smjesi.
U trećem primjeru dva metala reagiraju, ali treći metal (bakar) ne reagira. Dakle, ostatak od 5 g je masa bakra. Količine preostala dva metala - cinka i aluminija (imajte na umu da im je ukupna masa 16 − 5 = 11 g) mogu se pronaći pomoću sustava jednadžbi, kao u primjeru br. 2.
Odgovor na primjer 3: 56,25% cinka, 12,5% aluminija, 31,25% bakra.
Primjer 4.Mješavina željeza, aluminija i bakra obrađena je s viškom hladne koncentrirane sumporne kiseline. U ovom slučaju dio smjese se otopio, te je oslobođeno 5,6 litara plina (n.s.). Preostala smjesa je obrađena sa suviškom otopine natrijevog hidroksida. Oslobođeno je 3,36 litara plina i ostalo je 3 g neotopljenog ostatka. Odredite masu i sastav početne smjese metala.
U ovom primjeru to moramo zapamtiti hladno koncentriran sumporna kiselina ne reagira sa željezom i aluminijem (pasivacija), ali reagira s bakrom. Pritom se oslobađa sumporov (IV) oksid.
S alkalijom reagira samo aluminij- amfoteran metal (osim aluminija, u lužinama se otapaju i cink i kositar, a berilij se može otopiti i u vrućoj koncentriranoj lužini).
Rješenje primjera 4.
(ne zaboravite da se takve reakcije moraju izjednačiti pomoću elektronske vage)
Budući da je molarni omjer bakra i sumporovog dioksida 1:1, tada je i bakra 0,25 mol. Možete pronaći masu bakra:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 g.Aluminij reagira s otopinom lužine, što rezultira stvaranjem hidrokso kompleksa aluminija i vodika:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H 2Al 0 − 3e = Al 3+
2H + + 2e = H 2
Broj molova vodika:
n H3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol,
molarni omjer aluminija i vodika je 2:3 i, prema tome,
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Težina aluminija:
m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 gOstatak je željezo, mase 3 g. Možete pronaći masu smjese:
m smjesa = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.Maseni udjeli metala:
Samo bakar reagira s koncentriranom sumpornom kiselinom, broj molova plina je:
n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol
|
2H2SO4 (konc.) = CuSO4+ |
ω Cu = m Cu / m smjesa = 16 / 21,7 = 0,7373 (73,73%)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44%)
ω Fe = 13,83%
Odgovor: 73,73% bakra, 12,44% aluminija, 13,83% željeza.
Primjer 5.21,1 g mješavine cinka i aluminija otopljeno je u 565 ml otopine dušične kiseline koja sadrži 20 mas. %HNO 3 i ima gustoću od 1,115 g/ml. Volumen oslobođenog plina, koji je jednostavna tvar i jedini produkt redukcije dušične kiseline, iznosio je 2,912 l (n.s.). Odredite sastav dobivene otopine u masenim postocima. (RHTU)
Tekst ovog problema jasno ukazuje na produkt redukcije dušika - “jednostavnu tvar”. Budući da dušična kiselina s metalima ne proizvodi vodik, to je dušik. Oba metala otopljena u kiselini.
Problem ne postavlja sastav početne smjese metala, već sastav dobivene otopine nakon reakcija. To otežava zadatak.
Rješenje primjera 5.
Odredite količinu plinovite tvari:
n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 mol.
Odredite masu otopine dušične kiseline, masu i količinu otopljene HNO3:
m otopina = ρ V = 1,115 565 = 630,3 g
m HNO3 = ω m otopina = 0,2 630,3 = 126,06 g
n HNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 mol
Imajte na umu da budući da su se metali potpuno otopili, to znači - kiseline je svakako bilo dovoljno(ovi metali ne reagiraju s vodom). Sukladno tome, bit će potrebno provjeriti Ima li previše kiseline?, te koliko toga ostaje nakon reakcije u dobivenoj otopini.
Sastavljamo jednadžbe reakcije ( ne zaboravite na svoju elektroničku vagu) i, radi lakšeg izračuna, uzimamo da je 5x količina cinka, a 10y da je količina aluminija. Tada će, u skladu s koeficijentima u jednadžbama, dušik u prvoj reakciji biti x mol, au drugoj - 3y mol:
|
12HNO3 = 5Zn(NO3)2+ |
|
Zn 0 − 2e = Zn 2+ |
||
|
2N +5 + 10e = N 2 |
|
36HNO3 = 10Al(NO3)3 + |
Zgodno je riješiti ovaj sustav množenjem prve jednadžbe s 90 i oduzimanjem prve jednadžbe od druge.
x = 0,04, što znači n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, što znači n Al = 0,03 10 = 0,3 mol
Provjerimo masu smjese:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
Sada prijeđimo na sastav rješenja. Bit će zgodno ponovno prepisati reakcije i iznad reakcija napisati količine svih izreagiranih i nastalih tvari (osim vode):
Sljedeće pitanje je: je li u otopini ostalo dušične kiseline i koliko je ostalo?
Prema jednadžbama reakcija, količina kiseline koja je reagirala:
n HNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mol,
oni. kiselina je bila u višku i možete izračunati njen ostatak u otopini:
n HNO3 ostalo. = 2 − 1,56 = 0,44 mol.
Dakle, u konačno rješenje sadrži:
cink nitrat u količini od 0,2 mol:
m Zn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 g
aluminijev nitrat u količini od 0,3 mol:
m Al(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 g
višak dušične kiseline u količini od 0,44 mol:
m HNO3 ostatak. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
Kolika je masa konačne otopine?
Prisjetimo se da se masa konačne otopine sastoji od onih komponenti koje smo pomiješali (otopine i tvari) minus oni produkti reakcije koji su izašli iz otopine (talozi i plinovi):
Zatim za naš zadatak:
m novo otopina = masa otopine kiseline + masa metalne legure - masa dušika
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
m novo otopina = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g
ωZn(NO 3) 2 = m količina / m otopina = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m volumen / m otopine = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 ostatak. = m vode / m otopine = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Odgovor: 5,83% cinkov nitrat, 9,86% aluminijev nitrat, 4,28% dušična kiselina.
Primjer 6.Kada se 17,4 g smjese bakra, željeza i aluminija tretira s viškom koncentrirane dušične kiseline, oslobađa se 4,48 litara plina (n.o.), a kada se ova smjesa izloži istoj masi suviška klorovodične kiseline, 8,96 litara ispušteni su plinovi (n.o.). Odrediti sastav početne smjese. (RHTU)
Prilikom rješavanja ovog problema moramo imati na umu, prvo, da koncentrirana dušična kiselina s neaktivnim metalom (bakrom) proizvodi NO 2, a željezo i aluminij ne reagiraju s njim. Klorovodična kiselina, naprotiv, ne reagira s bakrom.
Odgovor na primjer 6: 36,8% bakra, 32,2% željeza, 31% aluminija.
Objašnjenje
Čiste tvari i smjese. Metode odvajanje smjese. Razviti razumijevanje čistih tvari i smjese. Metode pročišćavanje tvari: ... tvari raznim klase organski spojevi. Okarakterizirati: osnovni klase organski spojevi...
Naredba iz 2013 br Program rada za nastavni predmet "Kemija" 8. razred (osnovna razina 2 sata)
Radni programOcjenjivanje znanja učenika o mogućnostima i načine odvajanje smjese tvari; formiranje odgovarajućih eksperimentalnih vještina... klasifikacija i kemijska svojstva osnovnih tvari klase anorganski spojevi, formiranje predodžbi o...
... smjese, načine odvajanje smjese. Ciljevi: Dati pojam čistih tvari i smjese; Razmotrite klasifikaciju smjese; Upoznati učenike sa načine odvajanje smjese... učenik i podiže ispred razreda kartica s formulom anorganske tvari...
Znate li koje metode postoje za razdvajanje smjesa? Nemojte žuriti s negativnim odgovorom. Mnoge od njih koristite u svojim svakodnevnim aktivnostima.
Čista tvar: što je to?
Atomi, molekule, tvari i smjese osnovni su kemijski pojmovi. Što one znače? U tablici D. I. Mendeljejeva nalazi se 118 kemijskih elemenata. To su različite vrste elementarnih čestica – atoma. Međusobno se razlikuju po masi.
Međusobnim povezivanjem atomi tvore molekule, odnosno tvari. Potonji, povezujući se jedni s drugima, tvore smjese. Čiste tvari imaju stalan sastav i svojstva. To su homogene strukture. Ali oni se mogu razdvojiti na komponente putem kemijskih reakcija.
Znanstvenici tvrde da čiste tvari praktički ne postoje u prirodi. U svakom od njih postoji mala količina nečistoća. To se događa jer je većina tvari različita u djelovanju. Čak se i metali uronjeni u vodu otapaju u njoj na razini iona.
Sastav čistih tvari uvijek je konstantan. To je jednostavno nemoguće promijeniti. Dakle, ako povećate količinu ugljika ili kisika u molekuli ugljičnog dioksida, to će biti potpuno drugačija tvar. A u smjesi možete povećati ili smanjiti broj komponenti. Time će se promijeniti njegov sastav, ali ne i činjenica njegovog postojanja.
Što je smjesa
Kombinacija nekoliko tvari naziva se smjesa. Mogu biti dvije vrste. Ako se pojedini sastojci u smjesi ne razlikuju, nazivamo je jednoličnom ili homogenom. Postoji još jedan naziv koji se najčešće koristi u svakodnevnom životu - rješenje. Komponente takve smjese ne mogu se odvojiti fizikalnim metodama. Na primjer, iz slane otopine nije moguće mehanički ekstrahirati kristale koji su u njoj otopljeni. U prirodi se ne nalaze samo tekuće otopine. Dakle, zrak je plinovita homogena smjesa, a metalna legura je kruta tvar.
U nehomogenim ili heterogenim smjesama pojedine čestice vidljive su golim okom. Međusobno se razlikuju po sastavu i svojstvima. To znači da se mogu međusobno odvojiti čisto mehanički. Pepeljuga, koju je zla maćeha natjerala da odvoji bobe od graška, savršeno se nosila s ovim zadatkom.
Kemija: metode razdvajanja smjesa
U svakodnevnom životu i prirodi postoji ogroman broj mješavina. Kako odabrati pravi način za njihovo razdvajanje? Mora se temeljiti na fizičkim svojstvima pojedinačnih komponenti. Ako tvari imaju različita vrelišta, tada će isparavanje nakon čega slijedi kristalizacija, kao i destilacija, biti učinkoviti. Takve se metode koriste za odvajanje homogenih otopina. Za razdvajanje heterogenih smjesa koriste se razlike u drugim svojstvima njihovih komponenti: gustoća, močivost, topljivost, veličina, magnetizam itd.
Fizikalne metode razdvajanja smjesa
Prilikom odvajanja komponenti smjese, sastav samih tvari se ne mijenja. Stoga se metode razdvajanja smjesa ne mogu nazvati kemijskim procesom. Tako se taloženjem, filtriranjem i izlaganjem magnetu pojedinačne komponente mogu mehanički odvojiti. U laboratoriju se koriste različiti instrumenti: lijevak za odjeljivanje, filter papir, magnetne trake. To su metode za razdvajanje heterogenih smjesa.
Probir
Ova metoda je možda najjednostavnija. Svaka domaćica ga poznaje. Temelji se na razlici u veličini krutih komponenti smjese. Prosijavanje se koristi u svakodnevnom životu za odvajanje brašna od nečistoća, ličinki insekata i raznih zagađivača. U poljoprivrednoj proizvodnji zrna žitarica se na ovaj način čiste od stranih ostataka. Građevinski radnici prosejavaju mješavinu pijeska i šljunka.
Zagovaranje
Ova metoda razdvajanja smjesa koristi se za komponente različite gustoće. Ako pijesak uđe u vodu, dobivenu otopinu treba dobro promiješati i ostaviti neko vrijeme. Isto se može učiniti s mješavinom vode i biljnog ulja ili petroleja. Pijesak će se slegnuti na dno. Ali ulje će se, naprotiv, skupljati odozgo. Ova metoda se promatra u svakodnevnom životu i prirodi. Na primjer, čađa se taloži iz dima, a pojedinačne kapi rose iz magle. A ako domaće mlijeko ostavite preko noći, vrhnje možete skupiti do jutra.
Filtriranje
Ljubitelji kuhanog čaja koriste ovu metodu svakodnevno. Riječ je o filtraciji – metodi odvajanja smjesa koja se temelji na različitoj topivosti komponenata. Zamislite da su željezne strugotine i sol dospjeli u vodu. Velike netopljive čestice će ostati na filteru. I otopljena sol će proći kroz njega. Načelo ove metode temelji se na radu usisavača, djelovanju respiratornih maski i zavoja od gaze.
Djelovanje magnetom
Predložite metodu razdvajanja smjesa praha sumpora i željeza. Naravno, to je djelovanje magneta. Jesu li svi metali sposobni za ovo? Nikako. Na temelju stupnja osjetljivosti razlikuju se tri skupine tvari. Na primjer, zlato, bakar i cink neće se pričvrstiti na magnet. Spadaju u skupinu dijamagnetskih materijala. Magnezij, platina i aluminij imaju slabu percepciju. Ali ako smjesa sadrži feromagnete, tada će ova metoda biti najučinkovitija. To uključuje, na primjer, željezo, kobalt, nikal, terbij, holmij, tulij.
Isparavanje
Koja je metoda razdvajanja smjesa prikladna za vodenu homogenu otopinu? Ovo je isparavanje. Ako imate samo slanu vodu, ali trebate čistu vodu, nemojte se odmah uzrujati. Morate zagrijati smjesu do točke vrenja. Kao rezultat toga, voda će ispariti. I kristali otopljene tvari bit će vidljivi na dnu posude. Da bi se skupila voda, mora se kondenzirati – prevesti iz plinovitog stanja u tekuće. Da biste to učinili, pare se ohlade, dodiruju površinu s nižom temperaturom i teku u pripremljenu posudu.
Kristalizacija
U znanosti se ovaj pojam razmatra u širem značenju. Ovo nije samo metoda za dobivanje čistih tvari. Kristali u prirodi uključuju sante leda, minerale, kosti i zubnu caklinu.
Njihov rast odvija se pod istim uvjetima. Kristali nastaju kao rezultat hlađenja tekućina ili prezasićenja pare, a tada se temperatura više ne bi trebala mijenjati. Dakle, najprije se postižu neki ograničavajući uvjeti. Kao rezultat toga, pojavljuje se centar kristalizacije, oko kojeg se skupljaju atomi tekućine, taline, plina ili stakla.
Destilacija
Sigurno ste čuli za vodu, koja se zove destilirana. Ova pročišćena tekućina neophodna je za proizvodnju lijekova, laboratorijska istraživanja i sustave hlađenja. I dobivaju ga u posebnim uređajima. Zovu se destilatori.
Destilacija je metoda odvajanja smjesa tvari s različitim vrelištem. Prevedeno s latinskog, izraz znači "kapanje prema dolje". Pomoću ove metode, na primjer, možete odvojiti alkohol i vodu od otopine. Prva tvar će početi vrijeti na temperaturi od +78 o C. Alkoholne pare će se nakon toga kondenzirati. Voda će ostati u tekućem obliku.
Na sličan način iz nafte se dobivaju rafinirani proizvodi: benzin, kerozin, plinsko ulje. Ovaj proces nije kemijska reakcija. Ulje se dijeli na zasebne frakcije od kojih svaka ima svoju točku vrelišta. To se događa u nekoliko faza. Prvo se provodi primarna separacija ulja. Pročišćava se od pratećeg plina, mehaničkih nečistoća i vodene pare. U sljedećoj fazi, dobiveni proizvod se stavlja u destilacijske stupce i počinje se zagrijavati. Ovo je atmosferska destilacija nafte. Na temperaturama ispod 62 stupnja, preostali pridruženi plin isparava. Zagrijavanjem smjese na 180 stupnjeva dobivaju se benzinske frakcije, do 240 - kerozin, do 350 - dizelsko gorivo. Ostatak od termičke rafinacije ulja je loživo ulje koje se koristi kao mazivo.
Kromatografija
Ova je metoda dobila ime po znanstveniku koji ju je prvi upotrijebio. Zvao se Mihail Semenovič Cvet. U početku se metoda koristila za odvajanje biljnih pigmenata. A kromatografija je doslovno prevedena s grčkog kao "pišem bojom". Umočite filter papir u mješavinu vode i tinte. Prvi će se odmah početi apsorbirati. To je zbog različitih stupnjeva adsorpcijskih svojstava. Ovo također uzima u obzir difuziju i stupanj topljivosti.
Adsorpcija
Neke tvari imaju sposobnost privlačenja molekula drugih vrsta. Na primjer, kod trovanja uzimamo aktivni ugljen kako bismo se riješili toksina. Ovaj proces zahtijeva sučelje koje se nalazi između dvije faze.
Ova se metoda koristi u kemijskoj industriji za izdvajanje benzena iz plinovitih smjesa, pročišćavanje tekućih proizvoda rafiniranja nafte i njihovo pročišćavanje od nečistoća.
Dakle, u našem smo članku pogledali glavne načine razdvajanja smjesa. Ljudi ih koriste i kod kuće iu industrijskim razmjerima. Izbor metode ovisi o vrsti smjese. Važan čimbenik su specifična fizikalna svojstva njegovih komponenti. Za odvajanje otopina u kojima se pojedini dijelovi vizualno ne mogu razlikovati koriste se metode isparavanja, kristalizacije, kromatografije i destilacije. Ako se pojedinačne komponente mogu identificirati, takve se smjese nazivaju heterogenim. Za njihovo izdvajanje koriste se metode taloženja, filtriranja i magnetskog djelovanja.
Čiste tvari i smjese. Metode odvajanja smjesa.Da bi se utvrdila svojstva neke tvari, potrebno ju je imati u čistom obliku, ali tvari se u prirodi ne pojavljuju u čistom obliku. Svaka tvar uvijek sadrži određenu količinu nečistoća. Tvar u kojoj gotovo da nema nečistoća naziva se čistom. S takvim tvarima rade u znanstvenom laboratoriju ili školskom kemijskom laboratoriju. Imajte na umu da apsolutno čiste tvari ne postoje.
Smjese uključuju gotovo sve prirodne tvari, hranu (osim soli, šećera i nekih drugih), građevinske materijale, kemikalije za kućanstvo te mnoge lijekove i kozmetiku.
Prirodne tvari su smjese koje se ponekad sastoje od vrlo velikog broja različitih tvari. Na primjer, prirodna voda uvijek sadrži soli i plinove otopljene u njoj. Ponekad vrlo mala količina nečistoće može dovesti do vrlo jake promjene nekih svojstava tvari. Na primjer, sadržaj samo stotinki željeza ili bakra u cinku ubrzava njegovu interakciju s klorovodičnom kiselinom stotinama puta. Kada je jedna od tvari u smjesi pretežita količina, cijela smjesa obično nosi njezin naziv.
Komponenta je svaka tvar sadržana u smjesi.
Homogene smjese.
Dodajte mali dio šećera u čašu vode i miješajte dok se sav šećer ne otopi. Tekućina će imati sladak okus. Dakle, šećer nije nestao, nego je ostao u smjesi. Ali nećemo vidjeti njegove kristale, čak ni kad ispitujemo kap tekućine kroz snažan mikroskop.
Riža. 3. Homogena smjesa (vodena otopina šećera)
Pripremljena smjesa šećera i vode je homogena (slika 3); u njemu su ravnomjerno pomiješane najmanje čestice tih tvari.
Smjese u kojima se sastojci ne mogu otkriti prostim okom nazivamo homogenima.
Voda pomiješana s pijeskom, kredom ili glinom smrzava se na temperaturi od O 0 C, a ključa na 100 0 C.
Neke vrste heterogenih smjesa imaju posebne nazive: pjena (na primjer, polistirenska pjena, sapunska pjena), suspenzija (mješavina vode s malom količinom brašna), emulzija (mlijeko, dobro promućkano biljno ulje i voda), aerosol ( dim, magla).
Riža. 5. Heterogene smjese:
a - mješavina vode i sumpora;
b - mješavina biljnog ulja i vode;
c - mješavina zraka i vode
Postoje različiti načini razdvajanja smjesa. Na izbor metode odvajanja smjese utječu svojstva tvari koje čine smjesu.
Pogledajmo pobliže svaku metodu:
Zagovaranje- uobičajena metoda pročišćavanja tekućina od mehaničkih nečistoća netopljivih u vodi, odn tekuće tvari koje su međusobno netopljive i različite su gustoće.
Taloženje se koristi u pripremi vode za tehnološke i kućanske potrebe, pročišćavanju otpadnih voda, dehidraciji i odsoljavanju sirove nafte te u mnogim kemijsko-tehnološkim procesima. To je važna faza u prirodnom samopročišćavanju prirodnih i umjetnih rezervoara.
Filtriranje– odvajanje tekućine od čvrstih netopljivih nečistoća; Molekule tekućine prolaze kroz pore filtera, a velike čestice nečistoća se zadržavaju.
Zamislite da je pred vama mješavina riječnog pijeska i vode. Odredite vrstu smjese. ( heterogena). Usporedite fizikalna svojstva riječnog pijeska i vode. (To su tvari koje su netopljive jedna u drugoj i različite su gustoće). Predložite metodu za odvajanje ove smjese ( filtriranje).
Djelovanje magnetom je metoda odvajanja heterogenih smjesa kada jedna od tvari u smjesi može biti privučena magnetom
Isparavanje – ovo je metoda razdvajanja homogenih smjesa, pri čemu se iz otopine oslobađa čvrsta topljiva tvar, pri zagrijavanju voda isparava, a ostaju kristali krute tvari.
Destilacija (latinski za "ispuštanje") – Ovo je metoda razdvajanja homogenih smjesa, u kojoj se tekuće smjese razdvajaju na frakcije koje se razlikuju po sastavu. Provodi se djelomičnim isparavanjem tekućine nakon čega slijedi kondenzacija pare. Destilirana frakcija (destilat) je obogaćena relativno hlapljivijim tvarima (s niskim vrelištem), a nedestilirana tekućina (otpadci) je obogaćena relativno manje hlapljivim tvarima (visokog vrelišta).
U laboratoriju se destilacija provodi pomoću posebne instalacije (slika 6). Kada se smjesa tekućina zagrijava, tvar s najnižim vrelištem prva zavrije. Njegova para izlazi iz posude, hladi se, kondenzira1, a nastala tekućina otječe u prijemnik. Kada te tvari više nema u smjesi, temperatura će početi rasti, a s vremenom će druga tekuća komponenta prokuhati. Nehlapljive tekućine ostaju u posudi.
Riža. 6. Laboratorijska instalacija za destilaciju: a - konvencionalna; b - pojednostavljeno
1 - mješavina tekućina s različitim vrelištem;
2 - termometar;
3 - hladnjak za vodu;
4 - prijemnik
Pogledajmo kako neki koriste metode razdvajanje smjesa.
Proces filtracije temelji se na radu respiratora - uređaja koji štiti pluća osobe koja radi u vrlo prašnjavoj prostoriji. Respirator ima filtere koji sprječavaju ulazak prašine u pluća (slika 7). Najjednostavniji respirator je zavoj od nekoliko slojeva gaze. Usisavač također ima filter koji uklanja prašinu iz zraka.
Riža. 7. Radnik u respiratoru
Zaključite kojim metodama možete odvojiti smjesu topivih i netopivih tvari u vodi.
heterogen (heterogen) | homogen (homogen) |
| Heterogene smjese su one u kojima se sučelje između izvornih komponenti može identificirati ili golim okom ili pod povećalom ili mikroskopom: | Tvari u takvim smjesama se miješaju jedna s drugom što je više moguće, moglo bi se reći, na molekularnoj razini. U takvim smjesama nemoguće je otkriti sučelje između izvornih komponenti čak ni pod mikroskopom: |
| Primjeri | |
| Suspenzija (kruto + tekuće) Emulzija (tekućina + tekućina) Dim (krutina + plin) Mješavina krutog praha (krutina+krutina) | Prave otopine (npr. otopina kuhinjske soli u vodi, otopina alkohola u vodi) Čvrste otopine (metalne legure, kristalni hidrati soli) Plinske otopine (mješavine plinova koji međusobno ne reagiraju) |
Metode odvajanja smjesa
Heterogene smjese tipa plin-tekućina, tekućina-krutina, plin-krutina su nestabilne u vremenu pod utjecajem gravitacije. U takvim smjesama komponente manje gustoće postupno se dižu prema gore (lebde), a veće gustoće tonu (talože se). Ovaj proces spontanog odvajanja smjesa tijekom vremena naziva se braneći se. Na primjer, mješavina sitnog pijeska i vode vrlo brzo se spontano podijeli na dva dijela:
Kako bi se ubrzao proces taloženja tvari veće gustoće iz tekućine u laboratorijskim uvjetima, često se pribjegava naprednijoj verziji metode taloženja - centrifugiranje. Ulogu gravitacije u centrifugama ima centrifugalna sila, koja se uvijek javlja tijekom rotacije. Budući da centrifugalna sila izravno ovisi o brzini rotacije, može se učiniti mnogo puta većom od sile gravitacije jednostavnim povećanjem broja okretaja centrifuge po jedinici vremena. Zahvaljujući tome, postiže se mnogo brže odvajanje smjese u odnosu na taloženje.
Nakon taloženja ili centrifugiranja, supernatant se može odvojiti od sedimenta ovom metodom dekantiranje— pažljivo ocijediti tekućinu od taloga.
Smjesu dviju tekućina koje su netopljive jedna u drugoj (nakon taloženja) možete razdvojiti pomoću lijevka za odjeljivanje, čiji je princip rada jasan iz sljedeće slike:
Za odvajanje smjesa tvari u različitim agregacijskim stanjima, osim taloženja i centrifugiranja, široko se koristi i filtracija. Metoda se sastoji u tome da filtar ima različitu propusnost u odnosu na komponente smjese. Najčešće je to zbog različitih veličina čestica, ali može biti i zbog činjenice da pojedine komponente smjese jače djeluju na površinu filtera ( se adsorbiraju ih).
Na primjer, suspenzija krutog netopljivog praha s vodom može se odvojiti korištenjem poroznog papirnatog filtera. Krutina ostaje na filtru, a voda prolazi kroz njega i skuplja se u spremnik koji se nalazi ispod njega:
U nekim se slučajevima heterogene smjese mogu razdvojiti zbog različitih magnetskih svojstava komponenata. Na primjer, mješavina praha sumpora i metalnog željeza može se odvojiti pomoću magneta. Čestice željeza, za razliku od čestica sumpora, magnet privlači i drži:
Razdvajanje komponenata smjese pomoću magnetskog polja naziva se magnetska separacija.
Ako je smjesa otopina vatrostalne krutine u tekućini, ta se tvar može odvojiti od tekućine isparavanjem otopine:
Za razdvajanje tekućih homogenih smjesa koristi se metoda tzv destilacija, ili destilacija. Ova metoda ima princip rada sličan isparavanju, ali vam omogućuje odvajanje ne samo hlapljivih komponenti od nehlapljivih, već i tvari s relativno bliskim vrelištem. Jedna od najjednostavnijih opcija za aparat za destilaciju prikazana je na donjoj slici:
Smisao procesa destilacije je da kada smjesa tekućina vrije, prvo ispare pare komponente koja vre lakše. Pare ove tvari, nakon prolaska kroz hladnjak, kondenziraju se i teku u prijemnik. Metoda destilacije široko se koristi u naftnoj industriji tijekom primarne rafinacije nafte za razdvajanje nafte na frakcije (benzin, kerozin, dizel itd.).
Metodom destilacije također se dobiva voda pročišćena od nečistoća (prije svega soli). Voda koja je pročišćena destilacijom naziva se destilirana voda.
