Se le particelle disperse vengono rilasciate lentamente dal mezzo o è necessario prechiarire un sistema eterogeneo, vengono utilizzati metodi come flocculazione, flottazione, classificazione, coagulazione, ecc.
La coagulazione è il processo di adesione delle particelle in sistemi colloidali (emulsioni o sospensioni) con formazione di aggregati. L'adesione avviene a causa della collisione delle particelle durante il moto browniano. La coagulazione si riferisce ad un processo spontaneo che tende ad entrare in uno stato con un'energia libera inferiore. La soglia della coagulazione è la concentrazione minima della sostanza somministrata che provoca la coagulazione. Artificialmente, la coagulazione può essere accelerata aggiungendo sostanze speciali - coagulanti - al sistema colloidale, nonché applicando un campo elettrico al sistema (elettrocoagulazione), azione meccanica (vibrazione, agitazione), ecc.
Durante la coagulazione, alla miscela eterogenea separata vengono spesso aggiunti prodotti chimici coagulanti, che distruggono i gusci solvatati, riducendo allo stesso tempo la parte di diffusione del doppio strato elettrico situato sulla superficie delle particelle. Ciò facilita l'agglomerazione delle particelle e la formazione di aggregati. Pertanto, a causa della formazione di frazioni più grandi della fase dispersa, la deposizione delle particelle viene accelerata. Come coagulanti vengono utilizzati sali di ferro, alluminio o sali di altri metalli polivalenti.
La peptizzazione è un processo di coagulazione inversa, che è la decomposizione degli aggregati in particelle primarie. La peptizzazione viene effettuata aggiungendo sostanze peptizzanti al mezzo di dispersione. Questo processo favorisce la disaggregazione delle sostanze in particelle primarie. Gli agenti peptizzanti possono essere tensioattivi o elettroliti, come acidi umici o cloruro ferrico. Il processo di peptizzazione viene utilizzato per ottenere sistemi liquidi dispersi da paste o polveri.
La flocculazione, a sua volta, è un tipo di coagulazione. In questo processo, piccole particelle sospese in gas o liquidi formano aggregati flocculanti chiamati fiocchi. Come flocculanti vengono utilizzati polimeri solubili, ad esempio polielettroliti. Le sostanze che formano fiocchi durante la flocculazione possono essere facilmente rimosse mediante filtrazione o decantazione. La flocculazione viene utilizzata per il trattamento delle acque e la separazione di sostanze preziose dalle acque reflue, nonché per l'arricchimento di minerali. Nel caso del trattamento delle acque i flocculanti vengono utilizzati a basse concentrazioni (da 0,1 a 5 mg/l).
Per distruggere gli aggregati nei sistemi liquidi, vengono utilizzati additivi che inducono cariche sulle particelle che impediscono loro di avvicinarsi tra loro. Questo effetto può essere ottenuto anche modificando il pH dell’ambiente. Questo metodo è chiamato deflocculazione.
La flottazione è il processo di separazione delle particelle solide idrofobe da una fase liquida continua fissandole selettivamente all'interfaccia tra le fasi liquida e gassosa (la superficie di contatto del liquido e del gas o la superficie delle bolle nella fase liquida). le particelle solide e le inclusioni di gas vengono rimosse dalla superficie della fase liquida. Questo processo viene utilizzato non solo per rimuovere le particelle della fase dispersa, ma anche per separare particelle diverse a causa delle differenze nella loro bagnabilità. In questo processo, le particelle idrofobe vengono fissate all'interfaccia e separate dalle particelle idrofile che si depositano sul fondo. I migliori risultati di flottazione si ottengono quando la dimensione delle particelle è compresa tra 0,1 e 0,04 mm.
Esistono diversi tipi di flottazione: schiuma, olio, pellicola, ecc. Il più comune è la flottazione con schiuma. Questo processo consente di trasportare le particelle trattate con reagenti sulla superficie dell'acqua utilizzando bolle d'aria. Ciò consente la formazione di uno strato di schiuma, la cui stabilità viene regolata mediante un concentrato di schiuma.
La classificazione è utilizzata nei dispositivi a sezione variabile. Con il suo aiuto è possibile separare un certo numero di piccole particelle dal prodotto principale, costituito da particelle grandi. La classificazione viene effettuata utilizzando centrifughe e idrocicloni per effetto della forza centrifuga.
La separazione delle sospensioni mediante trattamento magnetico del sistema è un metodo molto promettente. L'acqua trattata in un campo magnetico conserva per lungo tempo proprietà alterate, ad esempio una ridotta capacità bagnante. Questo processo permette di intensificare la separazione delle sospensioni.
Argomento: "Metodi di separazione delle miscele" (ottavo anno)
Blocco teorico.
La definizione del concetto di “miscela” risale al XVII secolo. Lo scienziato inglese Robert Boyle: “Una miscela è un sistema integrale costituito da componenti eterogenei.”
Caratteristiche comparative della miscela e della sostanza pura
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Segni di confronto |
Sostanza pura |
Miscela |
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Costante |
Volubile |
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Sostanze |
Stesso |
Vari |
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Proprietà fisiche |
Permanente |
Volubile |
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Cambiamento di energia durante la formazione |
Sta accadendo |
Non sta succedendo |
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Separazione |
Attraverso reazioni chimiche |
Con metodi fisici |
Le miscele differiscono l'una dall'altra nell'aspetto.
La classificazione delle miscele è mostrata nella tabella:
Facciamo esempi di sospensioni (sabbia di fiume + acqua), emulsioni (olio vegetale + acqua) e soluzioni (aria in una beuta, sale da cucina + acqua, spiccioli: alluminio + rame o nichel + rame).
Metodi per separare le miscele
In natura le sostanze esistono sotto forma di miscele. Per la ricerca di laboratorio, la produzione industriale e per le esigenze della farmacologia e della medicina sono necessarie sostanze pure.
Per purificare le sostanze vengono utilizzati vari metodi di separazione delle miscele.
L'evaporazione è la separazione dei solidi disciolti in un liquido convertendoli in vapore.
Distillazione- distillazione, separazione delle sostanze contenute nelle miscele liquide secondo i punti di ebollizione, seguita dal raffreddamento del vapore.
In natura l'acqua non si trova nella sua forma pura (senza sali). L'oceano, il mare, il fiume, il pozzo e l'acqua di sorgente sono tipi di soluzioni di sali nell'acqua. Tuttavia, le persone spesso hanno bisogno di acqua pulita che non contenga sali (utilizzata nei motori delle automobili; nella produzione chimica per ottenere varie soluzioni e sostanze; nella realizzazione di fotografie). Tale acqua è chiamata distillata e il metodo per ottenerla è chiamato distillazione.
Filtrazione: filtraggio di liquidi (gas) attraverso un filtro per pulirli dalle impurità solide.
Questi metodi si basano sulle differenze nelle proprietà fisiche dei componenti della miscela.
Considera i metodi di separazione eterogeneo e miscele omogenee.
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Esempio di miscela |
Metodo di separazione |
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Sospensione: una miscela di sabbia di fiume e acqua |
Difesa Separazione difendere basato su diverse densità di sostanze. La sabbia più pesante si deposita sul fondo. Puoi anche separare l'emulsione: separa l'olio o l'olio vegetale dall'acqua. In laboratorio questo può essere fatto utilizzando un imbuto separatore. Il petrolio o l'olio vegetale costituiscono lo strato superiore e più leggero. Come risultato della sedimentazione, la rugiada cade dalla nebbia, la fuliggine si deposita dal fumo e la panna si deposita nel latte. Separazione di una miscela di acqua e olio vegetale mediante decantazione |
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Una miscela di sabbia e sale da cucina in acqua |
Filtrazione Qual è la base per la separazione di miscele eterogenee utilizzando filtraggio?Sulla diversa solubilità delle sostanze in acqua e sulle diverse dimensioni delle particelle. Solo le particelle di sostanze ad esse paragonabili passano attraverso i pori del filtro, mentre le particelle più grandi vengono trattenute sul filtro. In questo modo puoi separare una miscela eterogenea di sale da cucina e sabbia di fiume. Come filtri possono essere utilizzate varie sostanze porose: cotone idrofilo, carbone, argilla cotta, vetro pressato e altri. Il metodo di filtraggio è la base per il funzionamento degli elettrodomestici, come gli aspirapolvere. È usato dai chirurghi: bende di garza; perforatori e addetti agli ascensori - maschere respiratorie. Usando un colino per filtrare le foglie di tè, Ostap Bender, l'eroe dell'opera di Ilf e Petrov, è riuscito a prendere una delle sedie dell'orca Ellochka ("Dodici sedie"). Separazione di una miscela di amido e acqua mediante filtrazione |
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Miscela di ferro e zolfo in polvere |
Azione tramite magnete o acqua La polvere di ferro veniva attratta da un magnete, ma la polvere di zolfo no. La polvere di zolfo non bagnabile galleggiava sulla superficie dell'acqua e la polvere di ferro bagnabile pesante si depositava sul fondo. Separazione di una miscela di zolfo e ferro utilizzando un magnete e acqua
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Una soluzione di sale in acqua è una miscela omogenea |
Evaporazione o cristallizzazione L'acqua evapora lasciando cristalli di sale nella tazza di porcellana. Quando l'acqua evapora dai laghi Elton e Baskunchak, si ottiene il sale da cucina. Questo metodo di separazione si basa sulla differenza tra i punti di ebollizione del solvente e del soluto. Se una sostanza, ad esempio lo zucchero, si decompone quando riscaldata, l'acqua non evapora completamente: la soluzione evapora e quindi i cristalli di zucchero vengono precipitati da la soluzione satura. Talvolta è necessario rimuovere le impurità dai solventi con una temperatura di ebollizione inferiore, ad esempio l'acqua dal sale. In questo caso i vapori della sostanza devono essere raccolti e poi condensati durante il raffreddamento. Questo metodo per separare una miscela omogenea si chiama distillazione o distillazione. In dispositivi speciali: i distillatori, si ottiene acqua distillata, che viene utilizzata per le esigenze di farmacologia, laboratori e sistemi di raffreddamento delle automobili. A casa, puoi costruire un distillatore del genere: Se si separa una miscela di alcol e acqua, verrà prima distillato l'alcol con punto di ebollizione = 78 °C (raccolto in una provetta ricevente) e nella provetta rimarrà acqua. La distillazione viene utilizzata per produrre benzina, cherosene e gasolio dal petrolio. Separazione di miscele omogenee |
Un metodo speciale per separare i componenti, in base al loro diverso assorbimento da parte di una determinata sostanza, è cromatografia.
Usando la cromatografia, il botanico russo M. S. Tsvet fu il primo a isolare la clorofilla dalle parti verdi delle piante. Nell'industria e nei laboratori vengono utilizzati amido, carbone, calcare e ossido di alluminio al posto della carta da filtro per la cromatografia. Sono sempre necessarie sostanze con lo stesso grado di purificazione?
Per scopi diversi sono necessarie sostanze con diversi gradi di purificazione. L'acqua di cottura deve essere lasciata riposare sufficientemente per eliminare le impurità e il cloro utilizzato per disinfettarla. L'acqua da bere deve prima essere bollita. E nei laboratori chimici per preparare soluzioni e condurre esperimenti, in medicina è necessaria acqua distillata, purificata il più possibile dalle sostanze disciolte in essa. Sostanze particolarmente pure, il cui contenuto di impurità non supera il milionesimo di punto percentuale, vengono utilizzate nell'elettronica, nei semiconduttori, nella tecnologia nucleare e in altre industrie di precisione.
Metodi per esprimere la composizione delle miscele.
Frazione di massa del componente nella miscela- il rapporto tra la massa del componente e la massa dell'intera miscela. Solitamente la frazione di massa è espressa in %, ma non necessariamente.
ω ["omega"] = m componente / m miscela
Frazione molare del componente nella miscela- il rapporto tra il numero di moli (quantità di sostanza) di un componente e il numero totale di moli di tutte le sostanze presenti nella miscela. Ad esempio, se la miscela contiene le sostanze A, B e C, allora:
χ ["chi"] componente A = n componente A / (n(A) + n(B) + n(C))
Rapporto molare dei componenti. A volte i problemi di una miscela indicano il rapporto molare dei suoi componenti. Per esempio:
n componente A: n componente B = 2: 3
Frazione in volume del componente nella miscela (solo per gas)- il rapporto tra il volume della sostanza A e il volume totale dell'intera miscela di gas.
φ ["phi"] = componente V / miscela V
Blocco pratico.
Consideriamo tre esempi di problemi con i quali reagiscono miscele di metalli sale acido:
Esempio 1.Quando una miscela di rame e ferro del peso di 20 g è stata esposta ad acido cloridrico in eccesso, sono stati rilasciati 5,6 litri di gas (n.). Determinare le frazioni di massa dei metalli nella miscela.
Nel primo esempio, il rame non reagisce con l'acido cloridrico, ovvero l'idrogeno viene rilasciato quando l'acido reagisce con il ferro. Pertanto, conoscendo il volume dell'idrogeno, possiamo immediatamente trovare la quantità e la massa del ferro. E, di conseguenza, le frazioni di massa delle sostanze nella miscela.
Soluzione dell'esempio 1.
Trovare la quantità di idrogeno:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
Secondo l'equazione di reazione:
Anche la quantità di ferro è 0,25 mol. Puoi trovare la sua massa:
mFe = 0,25 56 = 14 g.
Risposta: 70% ferro, 30% rame.
Esempio 2.Quando una miscela di alluminio e ferro del peso di 11 g è stata esposta ad acido cloridrico in eccesso, sono stati rilasciati 8,96 litri di gas (n.s.). Determinare le frazioni di massa dei metalli nella miscela.
Nel secondo esempio, la reazione è Entrambi metallo Qui l'idrogeno è già rilasciato dall'acido in entrambe le reazioni. Pertanto in questo caso non è possibile utilizzare il calcolo diretto. In questi casi è conveniente risolvere utilizzando un sistema di equazioni molto semplice, considerando x il numero di moli di uno dei metalli e y la quantità di sostanza del secondo.
Soluzione dell'esempio 2.
2HCl = FeCl2+
È molto più conveniente risolvere tali sistemi utilizzando il metodo della sottrazione, moltiplicando la prima equazione per 18:
27x + 18y = 7,2
e sottraendo la prima equazione dalla seconda:(56 − 18)y = 11 − 7,2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 mol (Al)
Trovare la quantità di idrogeno:
n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
Sia x moli la quantità di alluminio e x moli la quantità di ferro. Quindi possiamo esprimere la quantità di idrogeno rilasciata in termini di x e y:
Conosciamo la quantità totale di idrogeno: 0,4 mol. Significa,
1,5x + y = 0,4 (questa è la prima equazione del sistema).
Per una miscela di metalli dobbiamo esprimere masse attraverso la quantità di sostanze.
m = Mn
Quindi, la massa dell'alluminio
m Al = 27x,
massa di ferro
mFe = 56у,
e la massa dell'intera miscela
27x + 56y = 11 (questa è la seconda equazione nel sistema).
Quindi abbiamo un sistema di due equazioni:
m Fe = n M = 0,1 56 = 5,6 g
mAl = 0,2 27 = 5,4 g
ω Fe = m Fe / m miscela = 5,6 / 11 = 0,50909 (50,91%),
rispettivamente,
ω Al = 100% − 50,91% = 49,09%
Risposta: 50,91% ferro, 49,09% alluminio.
Esempio 3.16 g di una miscela di zinco, alluminio e rame furono trattati con un eccesso di soluzione di acido cloridrico. In questo caso si sono liberati 5,6 litri di gas (n.s.) e 5 g di sostanza non si sono sciolti. Determinare le frazioni di massa dei metalli nella miscela.
Nel terzo esempio, due metalli reagiscono, ma il terzo metallo (rame) non reagisce. Pertanto, il resto di 5 g è la massa del rame. Le quantità dei restanti due metalli - zinco e alluminio (nota che la loro massa totale è 16 − 5 = 11 g) possono essere trovate utilizzando un sistema di equazioni, come nell'esempio n. 2.
Risposta all'Esempio 3: 56,25% zinco, 12,5% alluminio, 31,25% rame.
Esempio 4.Una miscela di ferro, alluminio e rame è stata trattata con un eccesso di acido solforico concentrato freddo. In questo caso parte della miscela si è sciolta e si sono liberati 5,6 litri di gas (n.s.). La miscela rimanente è stata trattata con un eccesso di soluzione di idrossido di sodio. Si liberarono 3,36 litri di gas e rimasero 3 g di residuo indisciolto. Determinare la massa e la composizione della miscela iniziale di metalli.
In questo esempio, dobbiamo ricordarlo concentrato freddo l'acido solforico non reagisce con ferro e alluminio (passivazione), ma reagisce con il rame. Questo rilascia ossido di zolfo (IV).
Con alcali reagisce solo alluminio- metallo anfotero (oltre all'alluminio, anche lo zinco e lo stagno si dissolvono negli alcali e il berillio può anche essere sciolto in alcali concentrati caldi).
Soluzione dell'esempio 4.
(non dimenticare che tali reazioni devono essere equalizzate utilizzando una bilancia elettronica)
Poiché il rapporto molare tra rame e anidride solforosa è 1:1, anche il rame è 0,25 mol. Puoi trovare una massa di rame:
m Cu = n M = 0,25 64 = 16 g.L'alluminio reagisce con una soluzione alcalina, dando luogo alla formazione di un complesso idrossilato di alluminio e idrogeno:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2Al0 − 3e = Al3+
2H + + 2e = H2
Numero di moli di idrogeno:
nH3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol,
il rapporto molare tra alluminio e idrogeno è 2:3 e, quindi,
n Al = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Peso dell'alluminio:
m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 gIl resto è ferro, del peso di 3 g. Puoi trovare la massa della miscela:
m miscela = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.Frazioni di massa dei metalli:
Solo il rame reagisce con l'acido solforico concentrato, il numero di moli di gas è:
nSO2 = V/Vm = 5,6/22,4 = 0,25 mol
|
2H2SO4 (concentrato) = CuSO4+ |
ω Cu = m Cu / m miscela = 16 / 21,7 = 0,7373 (73,73%)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44%)
ω Fe = 13,83%
Risposta: 73,73% rame, 12,44% alluminio, 13,83% ferro.
Esempio 5.21,1 g di una miscela di zinco e alluminio sono stati sciolti in 565 ml di soluzione di acido nitrico contenente il 20 %HNO 3 ed avente una densità di 1,115 g/ml. Il volume del gas liberato, che è una sostanza semplice e unico prodotto della riduzione dell'acido nitrico, era di 2.912 l (n.s.). Determinare la composizione della soluzione risultante in percentuale in massa. (RHTU)
Il testo di questo problema indica chiaramente il prodotto della riduzione dell'azoto - una "sostanza semplice". Poiché l'acido nitrico con i metalli non produce idrogeno, è azoto. Entrambi i metalli disciolti nell'acido.
Il problema non riguarda la composizione della miscela iniziale di metalli, ma la composizione della soluzione risultante dopo le reazioni. Ciò rende il compito più difficile.
Soluzione dell'esempio 5.
Determinare la quantità di sostanza gassosa:
nN2 = V/Vm = 2,912/22,4 = 0,13 mol.
Determinare la massa della soluzione di acido nitrico, la massa e la quantità di HNO3 disciolto:
soluzione m = ρ V = 1.115 565 = 630,3 g
m HNO3 = ω m soluzione = 0,2 630,3 = 126,06 g
n HNO3 = m/M = 126,06/63 = 2 mol
Tieni presente che poiché i metalli si sono completamente dissolti, significa: c'era sicuramente abbastanza acido(questi metalli non reagiscono con l'acqua). Di conseguenza, sarà necessario verificare C'è troppo acido? e quanto ne rimane dopo la reazione nella soluzione risultante.
Componiamo le equazioni di reazione ( non dimenticare il tuo saldo elettronico) e, per comodità di calcolo, prendiamo 5x come quantità di zinco e 10y come quantità di alluminio. Quindi, in base ai coefficienti nelle equazioni, l'azoto nella prima reazione sarà x mol e nella seconda - 3y mol:
|
12HNO3 = 5Zn(NO3)2+ |
|
Zn0 − 2e = Zn2+ |
||
|
2N +5 + 10e = N2 |
|
36HNO3 = 10Al(NO3)3 + |
È conveniente risolvere questo sistema moltiplicando la prima equazione per 90 e sottraendo la prima equazione dalla seconda.
x = 0,04, che significa n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, che significa n Al = 0,03 10 = 0,3 mol
Controlliamo la massa della miscela:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
Passiamo ora alla composizione della soluzione. Sarà conveniente riscrivere nuovamente le reazioni e scrivere sopra le reazioni le quantità di tutte le sostanze reagite e formate (eccetto l'acqua):
La domanda successiva è: è rimasto dell'acido nitrico nella soluzione e quanto ne rimane?
Secondo le equazioni di reazione, la quantità di acido che ha reagito:
nHNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mol,
quelli. l'acido era in eccesso e puoi calcolare il suo resto nella soluzione:
n HNO3 resto. = 2 - 1,56 = 0,44 mol.
Quindi, dentro soluzione finale contiene:
nitrato di zinco in una quantità di 0,2 mol:
mZn(NO3)2 = nM = 0,2 189 = 37,8 g
nitrato di alluminio in una quantità di 0,3 mol:
mAl(NO3)3 = nM = 0,3 213 = 63,9 g
acido nitrico in eccesso in una quantità di 0,44 mol:
m HNO3 resto. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
Qual è la massa della soluzione finale?
Ricordiamo che la massa della soluzione finale è costituita dai componenti che abbiamo miscelato (soluzioni e sostanze) meno i prodotti di reazione che hanno lasciato la soluzione (precipitati e gas):
Quindi per il nostro compito:
Sono nuovo soluzione = massa di soluzione acida + massa di lega metallica - massa di azoto
m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
Sono nuovo soluzione = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g
ωZn(NO 3) 2 = m quantità / m soluzione = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m volume / m soluzione = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 resto. = m acqua / m soluzione = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Risposta: 5,83% nitrato di zinco, 9,86% nitrato di alluminio, 4,28% acido nitrico.
Esempio 6.Quando 17,4 g di una miscela di rame, ferro e alluminio furono trattati con un eccesso di acido nitrico concentrato, furono rilasciati 4,48 litri di gas (n.o.), e quando questa miscela fu esposta alla stessa massa di acido cloridrico in eccesso, 8,96 litri di gas (n.o.) sono stati rilasciati. y.). Determinare la composizione della miscela iniziale. (RHTU)
Nel risolvere questo problema, dobbiamo ricordare, in primo luogo, che l'acido nitrico concentrato con un metallo inattivo (rame) produce NO 2 e il ferro e l'alluminio non reagiscono con esso. L'acido cloridrico, al contrario, non reagisce con il rame.
Risposta per l'esempio 6: 36,8% rame, 32,2% ferro, 31% alluminio.
Nota esplicativa
Sostanze pure e miscele. Metodi separazione miscele. Sviluppare una comprensione delle sostanze pure e miscele. Metodi purificazione delle sostanze: ...sostanze varie classi composti organici. Caratteristica: elementare classi composti organici...
Ordine del 2013 No. Programma di lavoro per la materia accademica "Chimica" 8° grado (livello base 2 ore)
Programma di lavoroValutare la conoscenza degli studenti delle opportunità e modi separazione miscele sostanze; formazione di adeguate capacità sperimentali... classificazione e proprietà chimiche delle sostanze base classi composti inorganici, la formazione di idee su...
... miscele, modi separazione miscele. Obiettivi: Dare il concetto di sostanze pure e miscele; Considera la classificazione miscele; Presentare agli studenti modi separazione miscele... studente e si alza davanti classe carta con la formula di una sostanza inorganica...
Sapete quali metodi esistono per separare le miscele? Non siate troppo frettolosi nel dare una risposta negativa. Ne usi molti nelle tue attività quotidiane.
Sostanza pura: cos'è?
Atomi, molecole, sostanze e miscele sono concetti chimici di base. Cosa vogliono dire? Ci sono 118 elementi chimici nella tabella di D.I. Mendeleev. Questi sono diversi tipi di particelle elementari: gli atomi. Differiscono l'uno dall'altro in massa.
Collegandosi tra loro, gli atomi formano molecole o sostanze. Questi ultimi, collegandosi tra loro, formano miscele. Le sostanze pure hanno composizione e proprietà costanti. Queste sono strutture omogenee. Ma possono essere separati in componenti attraverso reazioni chimiche.
Gli scienziati affermano che le sostanze pure praticamente non esistono in natura. Ciascuno di essi contiene una piccola quantità di impurità. Ciò accade perché la maggior parte delle sostanze hanno attività diverse. Anche i metalli immersi nell'acqua si dissolvono in essa a livello ionico.
La composizione delle sostanze pure è sempre costante. È semplicemente impossibile cambiarlo. Quindi, se aumenti la quantità di carbonio o ossigeno in una molecola di anidride carbonica, sarà una sostanza completamente diversa. E nella miscela puoi aumentare o diminuire il numero di componenti. Ciò cambierà la sua composizione, ma non il fatto della sua esistenza.
Cos'è una miscela
Una combinazione di più sostanze è chiamata miscela. Possono essere di due tipi. Se i singoli componenti di una miscela sono indistinguibili, si parla di uniforme o omogenea. C'è un altro nome che viene spesso utilizzato nella vita di tutti i giorni: soluzione. I componenti di tale miscela non possono essere separati con metodi fisici. Ad esempio, non è possibile estrarre meccanicamente i cristalli in esso disciolti da una soluzione salina. In natura non si trovano solo soluzioni liquide. Quindi, l'aria è una miscela gassosa omogenea e la lega metallica è solida.
Nelle miscele disomogenee o eterogenee le singole particelle sono visibili ad occhio nudo. Differiscono tra loro per composizione e proprietà. Ciò significa che possono essere separati l'uno dall'altro in modo puramente meccanico. Cenerentola, costretta dalla sua malvagia matrigna a separare i fagioli dai piselli, ha affrontato perfettamente questo compito.
Chimica: metodi per separare le miscele
Esistono moltissime miscele trovate nella vita di tutti i giorni e nella natura. Come scegliere il modo giusto per separarli? Deve basarsi sulle proprietà fisiche dei singoli componenti. Se le sostanze hanno punti di ebollizione diversi, sarà efficace l'evaporazione seguita dalla cristallizzazione, nonché dalla distillazione. Tali metodi vengono utilizzati per separare soluzioni omogenee. Per separare miscele eterogenee vengono utilizzate differenze in altre proprietà dei loro componenti: densità, bagnabilità, solubilità, dimensione, magnetismo, ecc.
Metodi fisici per separare le miscele
Quando si separano i componenti della miscela, la composizione delle sostanze stesse non cambia. Pertanto, i metodi per separare le miscele non possono essere definiti un processo chimico. Pertanto, mediante sedimentazione, filtraggio ed esposizione a un magnete, i singoli componenti possono essere separati meccanicamente. In laboratorio vengono utilizzati vari strumenti: imbuto separatore, carta filtro, strisce magnetiche. Questi sono metodi per separare miscele eterogenee.
Selezione
Questo metodo è forse il più semplice. Ogni casalinga lo conosce. Si basa sulla differenza dimensionale dei componenti solidi della miscela. La setacciatura viene utilizzata nella vita di tutti i giorni per separare la farina da impurità, larve di insetti e contaminanti vari. Nella produzione agricola, i chicchi di cereali vengono ripuliti in questo modo da detriti estranei. Gli operai edili setacciano una miscela di sabbia e ghiaia.
Difesa
Questo metodo di separazione delle miscele viene utilizzato per componenti con densità diverse. Se la sabbia penetra nell'acqua, la soluzione risultante deve essere mescolata bene e lasciata per un po'. Lo stesso si può fare con una miscela di acqua e olio vegetale o petrolio. La sabbia si depositerà sul fondo. Ma il petrolio, al contrario, si raccoglierà dall'alto. Questo metodo è osservato nella vita di tutti i giorni e nella natura. Ad esempio, la fuliggine si deposita dal fumo e le singole gocce di rugiada dalla nebbia. E se lasci il latte fatto in casa durante la notte, puoi raccogliere la panna entro la mattina.
Filtrazione
Gli amanti del tè preparato usano questo metodo quotidianamente. Stiamo parlando della filtrazione, un metodo per separare le miscele in base alle diverse solubilità dei componenti. Immagina che la limatura di ferro e il sale finiscano nell'acqua. Sul filtro rimarranno particelle insolubili di grandi dimensioni. E il sale disciolto lo attraverserà. Il principio di questo metodo è alla base del funzionamento degli aspirapolvere, dell'azione delle maschere respiratorie e delle bende di garza.
Azione tramite magnete
Suggerire un metodo per separare miscele di zolfo e polveri di ferro. Naturalmente questa è l'azione di un magnete. Tutti i metalli sono capaci di questo? Affatto. In base al grado di sensibilità si distinguono tre gruppi di sostanze. Ad esempio, l'oro, il rame e lo zinco non si attaccano a un magnete. Appartengono al gruppo dei materiali diamagnetici. Magnesio, platino e alluminio hanno una percezione debole. Ma se la miscela contiene ferromagneti, questo metodo sarà il più efficace. Questi includono, ad esempio, ferro, cobalto, nichel, terbio, olmio, tulio.
Evaporazione
Quale metodo di separazione delle miscele è adatto per una soluzione acquosa omogenea? Questa è evaporazione. Se hai solo acqua salata, ma hai bisogno di acqua pulita, non arrabbiarti subito. È necessario riscaldare la miscela fino al punto di ebollizione. Di conseguenza, l'acqua evaporerà. E sul fondo del piatto saranno visibili i cristalli della sostanza disciolta. Per raccogliere l'acqua, deve essere condensata, trasferita dallo stato gassoso a quello liquido. Per fare ciò, i vapori vengono raffreddati, toccando una superficie con temperatura più bassa, e confluiscono nel contenitore preparato.
Cristallizzazione
Nella scienza, questo termine è considerato in un significato più ampio. Questo non è solo un metodo per ottenere sostanze pure. I cristalli in natura includono iceberg, minerali, ossa e smalto dei denti.
La loro crescita avviene nelle stesse condizioni. I cristalli si formano a causa del raffreddamento dei liquidi o della sovrasaturazione del vapore e quindi la temperatura non dovrebbe più cambiare. Pertanto, vengono prima raggiunte alcune condizioni limitanti. Di conseguenza, appare un centro di cristallizzazione, attorno al quale si riuniscono atomi di liquido, fusione, gas o vetro.
Distillazione
Sicuramente hai sentito parlare dell'acqua, che si chiama distillata. Questo liquido purificato è necessario per la produzione di medicinali, ricerche di laboratorio e sistemi di raffreddamento. E lo ottengono in dispositivi speciali. Si chiamano distillatori.
La distillazione è un metodo per separare miscele di sostanze con diversi punti di ebollizione. Tradotto dal latino, il termine significa “gocciolare”. Utilizzando questo metodo, ad esempio, puoi separare alcol e acqua da una soluzione. La prima sostanza inizierà a bollire ad una temperatura di +78 o C. Successivamente i vapori di alcol si condenseranno. L'acqua rimarrà in forma liquida.
Allo stesso modo, dal petrolio si ottengono prodotti raffinati: benzina, cherosene, gasolio. Questo processo non è una reazione chimica. L'olio è diviso in frazioni separate, ognuna delle quali ha il proprio punto di ebollizione. Ciò avviene in più fasi. Innanzitutto viene effettuata la separazione primaria dell'olio. È purificato dai gas associati, dalle impurità meccaniche e dal vapore acqueo. Nella fase successiva, il prodotto risultante viene posto nelle colonne di distillazione e inizia a essere riscaldato. Questa è la distillazione atmosferica del petrolio. A temperature inferiori a 62 gradi, il restante gas associato evapora. Riscaldando la miscela a 180 gradi si ottengono frazioni di benzina, fino a 240 - cherosene, fino a 350 - gasolio. Il residuo della raffinazione dell'olio diatermico è l'olio combustibile, che viene utilizzato come lubrificante.
Cromatografia
Questo metodo prende il nome dallo scienziato che per primo lo utilizzò. Il suo nome era Mikhail Semenovich Tsvet. Inizialmente, il metodo veniva utilizzato per separare i pigmenti vegetali. E la cromatografia è letteralmente tradotta dal greco come “scrivo con il colore”. Immergere la carta da filtro nella miscela di acqua e inchiostro. Il primo inizierà immediatamente ad essere assorbito. Ciò è dovuto a diversi gradi di proprietà adsorbenti. Ciò tiene conto anche della diffusione e del grado di solubilità.
Adsorbimento
Alcune sostanze hanno la capacità di attrarre molecole di altro tipo. Ad esempio, prendiamo carbone attivo durante l'avvelenamento per eliminare le tossine. Questo processo richiede un'interfaccia che si trova tra le due fasi.
Questo metodo viene utilizzato nell'industria chimica per separare il benzene da miscele gassose, purificare i prodotti liquidi della raffinazione del petrolio e purificarli dalle impurità.
Quindi, nel nostro articolo abbiamo esaminato i modi principali per separare le miscele. Le persone li usano sia a casa che su scala industriale. La scelta del metodo dipende dal tipo di miscela. Un fattore importante sono le proprietà fisiche specifiche dei suoi componenti. Per separare soluzioni in cui le singole parti sono visivamente indistinguibili, vengono utilizzati metodi di evaporazione, cristallizzazione, cromatografia e distillazione. Se i singoli componenti possono essere identificati, tali miscele vengono dette eterogenee. Per separarli vengono utilizzati metodi di sedimentazione, filtraggio e azione magnetica.
Sostanze pure e miscele. Metodi per separare le miscele.Per stabilire le proprietà di una sostanza è necessario averla nella sua forma pura, ma le sostanze non si trovano in natura nella loro forma pura. Ogni sostanza contiene sempre una certa quantità di impurità. Una sostanza in cui non ci sono quasi impurità è chiamata pura. Lavorano con tali sostanze in un laboratorio scientifico o in un laboratorio di chimica scolastica. Si noti che non esistono sostanze assolutamente pure.
Le miscele comprendono quasi tutte le sostanze naturali, gli alimenti (eccetto sale, zucchero e alcuni altri), materiali da costruzione, prodotti chimici domestici e molti medicinali e cosmetici.
Le sostanze naturali sono miscele, talvolta costituite da un numero molto elevato di sostanze diverse. Ad esempio, l'acqua naturale contiene sempre sali e gas disciolti in essa. A volte una quantità molto piccola di impurità può portare a un cambiamento molto forte in alcune proprietà della sostanza. Ad esempio, il contenuto di solo centesimi di ferro o rame nello zinco accelera la sua interazione con l'acido cloridrico centinaia di volte. Quando una delle sostanze è presente in quantità predominante in una miscela, l'intera miscela porta solitamente il suo nome.
Un componente è ogni sostanza contenuta in una miscela.
Miscele omogenee.
Aggiungi una piccola porzione di zucchero in un bicchiere d'acqua e mescola finché tutto lo zucchero non si sarà sciolto. Il liquido avrà un sapore dolce. Pertanto lo zucchero non è scomparso, ma è rimasto nella miscela. Ma non vedremo i suoi cristalli, nemmeno esaminando una goccia di liquido attraverso un potente microscopio.
Riso. 3. Miscela omogenea (soluzione acquosa di zucchero)
La miscela preparata di zucchero e acqua risulta omogenea (Fig. 3); le particelle più piccole di queste sostanze sono mescolate uniformemente in esso.
Le miscele in cui i componenti non possono essere rilevati ad occhio nudo sono chiamate omogenee.
L'acqua mescolata con sabbia, gesso o argilla congela ad una temperatura di O 0 C e bolle a 100 0 C.
Alcuni tipi di miscele eterogenee hanno nomi speciali: schiuma (ad esempio polistirolo espanso, schiuma di sapone), sospensione (una miscela di acqua con una piccola quantità di farina), emulsione (latte, olio vegetale ben agitato e acqua), aerosol ( fumo, nebbia).
Riso. 5. Miscele eterogenee:
a - una miscela di acqua e zolfo;
b - una miscela di olio vegetale e acqua;
c - una miscela di aria e acqua
Esistono diversi modi per separare le miscele. La scelta del metodo per separare una miscela è influenzata dalle proprietà delle sostanze che compongono la miscela.
Diamo uno sguardo più da vicino a ciascun metodo:
Difesa- un metodo comune per purificare i liquidi dalle impurità meccaniche insolubili in acqua, o sostanze liquide insolubili tra loro e con densità diverse.
La sedimentazione viene utilizzata nella preparazione dell'acqua per esigenze tecnologiche e domestiche, nel trattamento delle acque reflue, nella disidratazione e dissalazione del petrolio greggio e in molti processi tecnologici chimici. È una fase importante nell'autodepurazione naturale dei bacini naturali e artificiali.
Filtrazione– separazione delle impurità insolubili liquide da quelle solide; Le molecole liquide passano attraverso i pori del filtro e vengono trattenute grandi particelle di impurità.
Immagina che di fronte a te ci sia una miscela di sabbia di fiume e acqua. Determina il tipo di miscela. ( eterogeneo). Confronta le proprietà fisiche della sabbia del fiume e dell'acqua. (Si tratta di sostanze insolubili l'una nell'altra e con densità diverse). Suggerire un metodo per separare questa miscela ( filtraggio).
Azione tramite magneteè un metodo per separare miscele eterogenee quando una delle sostanze contenute nella miscela può essere attratta da un magnete
Evaporazione – si tratta di un metodo per separare miscele omogenee, in cui da una soluzione si libera una sostanza solida solubile; quando riscaldata, l'acqua evapora e rimangono cristalli della sostanza solida.
Distillazione (latino per "gocciolare") – Questo è un metodo per separare miscele omogenee, in cui le miscele liquide vengono separate in frazioni che differiscono nella composizione. Viene effettuato mediante evaporazione parziale di un liquido seguita dalla condensazione del vapore. La frazione distillata (distillato) è arricchita con sostanze relativamente più volatili (bassobollenti) e il liquido non distillato (fondo) è arricchito con sostanze relativamente meno volatili (altobollenti).
In laboratorio, la distillazione viene effettuata utilizzando un'installazione speciale (Fig. 6). Quando viene riscaldata una miscela di liquidi, bolle per prima la sostanza con il punto di ebollizione più basso. Il suo vapore lascia il recipiente, si raffredda, si condensa1 e il liquido risultante scorre nel ricevitore. Quando questa sostanza non sarà più presente nella miscela, la temperatura inizierà a salire e, col tempo, un altro componente liquido inizierà a bollire. I liquidi non volatili rimangono nel recipiente.
Riso. 6. Impianto di laboratorio per la distillazione: a - convenzionale; b - semplificato
1 - una miscela di liquidi con diversi punti di ebollizione;
2 - termometro;
3 - frigorifero ad acqua;
4 - ricevitore
Diamo un'occhiata a come alcuni usano metodi separazione delle miscele.
Il processo di filtrazione è alla base del funzionamento di un respiratore, un dispositivo che protegge i polmoni di una persona che lavora in una stanza molto polverosa. Il respiratore è dotato di filtri che impediscono alla polvere di entrare nei polmoni (Fig. 7). Il respiratore più semplice è una benda composta da diversi strati di garza. Un aspirapolvere ha anche un filtro che rimuove la polvere dall'aria.
Riso. 7. Operaio con un respiratore
Concludi con quali metodi puoi separare una miscela di sostanze solubili e insolubili in acqua.
eterogeneo (eterogeneo) | omogeneo (omogeneo) |
| Le miscele eterogenee sono quelle in cui l'interfaccia tra i componenti originali può essere identificata sia ad occhio nudo che sotto una lente di ingrandimento o un microscopio: | Le sostanze in tali miscele sono mescolate il più possibile tra loro, si potrebbe dire, a livello molecolare. In tali miscele è impossibile rilevare l'interfaccia tra i componenti originali anche al microscopio: |
| Esempi | |
| Sospensione (solido + liquido) Emulsione (liquido + liquido) Fumo (solido + gas) Miscela di polvere solida (solido+solido) | Soluzioni vere (ad esempio, una soluzione di sale da cucina in acqua, una soluzione di alcol in acqua) Soluzioni solide (leghe metalliche, sali cristallini idrati) Soluzioni di gas (una miscela di gas che non reagiscono tra loro) |
Metodi per separare le miscele
Miscele eterogenee del tipo gas-liquido, liquido-solido, gas-solido sono instabili nel tempo sotto l'influenza della gravità. In tali miscele, i componenti con una densità inferiore salgono gradualmente verso l'alto (galleggiano) e con una densità maggiore affondano (decantano). Questo processo di separazione spontanea delle miscele nel tempo si chiama difendere. Ad esempio, una miscela di sabbia fine e acqua si divide abbastanza rapidamente spontaneamente in due parti:
Per accelerare il processo di deposizione di sostanze con una densità maggiore da un liquido in condizioni di laboratorio, spesso ricorrono a una versione più avanzata del metodo di sedimentazione: centrifugazione. Il ruolo della gravità nelle centrifughe è svolto dalla forza centrifuga, che si verifica sempre durante la rotazione. Poiché la forza centrifuga dipende direttamente dalla velocità di rotazione, può essere resa molte volte maggiore della forza di gravità semplicemente aumentando il numero di giri della centrifuga nell'unità di tempo. Grazie a ciò si ottiene una separazione della miscela molto più rapida rispetto alla sedimentazione.
Dopo la decantazione o la centrifugazione, il surnatante può essere separato dal sedimento utilizzando il metodo decantazione— scaricando accuratamente il liquido dal sedimento.
È possibile separare una miscela di due liquidi insolubili l'uno nell'altro (dopo la sedimentazione) utilizzando un imbuto separatore, il cui principio di funzionamento risulta chiaro dalla seguente illustrazione:
Per separare miscele di sostanze in diversi stati di aggregazione, oltre alla sedimentazione e alla centrifugazione, viene ampiamente utilizzata anche la filtrazione. Il metodo consiste nel fatto che il filtro ha una portata diversa in relazione ai componenti della miscela. Molto spesso ciò è dovuto alle diverse dimensioni delle particelle, ma può anche essere dovuto al fatto che i singoli componenti della miscela interagiscono più fortemente con la superficie del filtro ( vengono adsorbiti loro).
Ad esempio, una sospensione di polvere solida insolubile con acqua può essere separata utilizzando un filtro di carta porosa. Il solido rimane sul filtro, l'acqua lo attraversa e viene raccolta in un contenitore posto sotto di esso:
In alcuni casi, miscele eterogenee possono essere separate a causa delle diverse proprietà magnetiche dei componenti. Ad esempio, una miscela di zolfo e polveri di ferro metallico può essere separata utilizzando un magnete. Le particelle di ferro, a differenza delle particelle di zolfo, sono attratte e trattenute da un magnete:
Viene chiamata la separazione dei componenti della miscela utilizzando un campo magnetico separazione magnetica.
Se la miscela è una soluzione di un solido refrattario in un liquido, questa sostanza può essere separata dal liquido facendo evaporare la soluzione:
Per separare miscele omogenee liquide, un metodo chiamato distillazione, O distillazione. Questo metodo ha un principio di funzionamento simile all'evaporazione, ma consente di separare non solo i componenti volatili da quelli non volatili, ma anche le sostanze con punti di ebollizione relativamente vicini. Una delle opzioni più semplici per l'apparecchio di distillazione è mostrata nella figura seguente:
Il significato del processo di distillazione è che quando una miscela di liquidi bolle, i vapori del componente più leggero evaporano per primi. I vapori di questa sostanza, dopo aver attraversato il frigorifero, si condensano e confluiscono nel ricevitore. Il metodo di distillazione è ampiamente utilizzato nell'industria petrolifera durante la raffinazione primaria del petrolio per separare il petrolio in frazioni (benzina, cherosene, diesel, ecc.).
Il metodo di distillazione produce anche acqua purificata dalle impurità (principalmente sali). Viene chiamata l'acqua purificata mediante distillazione acqua distillata.
