Ak sa dispergované častice uvoľňujú z média pomaly alebo je potrebné vopred prečisťovať heterogénny systém, používajú sa metódy ako flokulácia, flotácia, klasifikácia, koagulácia atď.
Koagulácia je proces adhézie častíc v koloidných systémoch (emulziách alebo suspenziách) s tvorbou agregátov. K adhézii dochádza v dôsledku kolízie častíc počas Brownovho pohybu. Koagulácia sa týka spontánneho procesu, ktorý má tendenciu vstúpiť do stavu, ktorý má nižšiu voľnú energiu. Koagulačný prah je minimálna koncentrácia podávanej látky, ktorá spôsobuje zrážanie. Koaguláciu možno umelo urýchliť pridávaním špeciálnych látok - koagulátorov - do koloidného systému, ako aj pôsobením elektrického poľa na systém (elektrokoagulácia), mechanickým pôsobením (vibrácie, miešanie) atď.
Počas koagulácie sa do oddelenej heterogénnej zmesi často pridávajú koagulačné chemikálie, ktoré ničia solvatované obaly a zároveň znižujú difúznu časť dvojitej elektrickej vrstvy umiestnenej na povrchu častíc. To uľahčuje aglomeráciu častíc a tvorbu agregátov. V dôsledku tvorby väčších frakcií dispergovanej fázy sa teda usadzovanie častíc urýchľuje. Ako koagulanty sa používajú soli železa, hliníka alebo soli iných viacmocných kovov.
Peptizácia je proces reverznej koagulácie, čo je rozklad agregátov na primárne častice. Peptizácia sa uskutočňuje pridaním peptizačných látok do disperzného média. Tento proces podporuje dezagregáciu látok na primárne častice. Peptizačné činidlá môžu byť povrchovo aktívne látky alebo elektrolyty, ako sú humínové kyseliny alebo chlorid železitý. Proces peptizácie sa používa na získanie kvapalných disperzných systémov z pást alebo práškov.
Flokulácia je zase typ koagulácie. V tomto procese malé častice, ktoré sú suspendované v plynnom alebo kvapalnom médiu, tvoria vločkovité agregáty nazývané vločky. Ako flokulanty sa používajú rozpustné polyméry, napríklad polyelektrolyty. Látky, ktoré tvoria vločky počas vločkovania, sa dajú ľahko odstrániť filtráciou alebo usadzovaním. Flokulácia sa používa na úpravu vody a separáciu cenných látok z odpadových vôd, ako aj na obohacovanie minerálov. V prípade úpravy vody sa flokulanty používajú v nízkych koncentráciách (od 0,1 do 5 mg/l).
Na zničenie agregátov v kvapalných systémoch sa používajú prísady, ktoré vyvolávajú náboje na časticiach, ktoré im bránia v priblížení sa k sebe. Tento efekt je možné dosiahnuť aj zmenou pH prostredia. Táto metóda sa nazýva deflokulácia.
Flotácia je proces oddeľovania pevných hydrofóbnych častíc z kvapalnej spojitej fázy ich selektívnou fixáciou na rozhraní medzi kvapalnou a plynnou fázou (kontaktný povrch kvapaliny a plynu alebo povrch bublín v kvapalnej fáze). tuhé častice a plynové inklúzie sa odstránia z povrchu kvapalnej fázy. Tento proces sa používa nielen na odstránenie častíc dispergovanej fázy, ale aj na oddelenie rôznych častíc v dôsledku rozdielov v ich zmáčavosti. V tomto procese sú hydrofóbne častice fixované na rozhraní a oddelené od hydrofilných častíc, ktoré sa usadzujú na dne. Najlepšie výsledky flotácie sa dosiahnu, keď je veľkosť častíc medzi 0,1 a 0,04 mm.
Existuje niekoľko typov flotácie: pena, olej, film atď. Najbežnejšia je penová flotácia. Tento proces umožňuje, aby sa častice ošetrené činidlami dostali na povrch vody pomocou vzduchových bublín. To umožňuje vytvorenie penovej vrstvy, ktorej stabilita sa upravuje pomocou penového koncentrátu.
Klasifikácia sa používa v zariadeniach s premenlivým prierezom. S jeho pomocou je možné oddeliť určitý počet malých častíc od hlavného produktu pozostávajúceho z veľkých častíc. Klasifikácia sa vykonáva pomocou odstrediviek a hydrocyklónov v dôsledku účinku odstredivej sily.
Separácia suspenzií pomocou magnetickej úpravy systému je veľmi perspektívna metóda. Voda upravená v magnetickom poli si dlhodobo zachováva zmenené vlastnosti, napríklad zníženú zmáčavosť. Tento proces umožňuje zintenzívniť separáciu suspenzií.
Téma: „Metódy delenia zmesí“ (8. ročník)
Teoretický blok.
Definícia pojmu „zmes“ bola uvedená v 17. storočí. Anglický vedec Robert Boyle: "Zmes je integrálny systém pozostávajúci z heterogénnych komponentov."
Porovnávacie charakteristiky zmesi a čistej látky
|
Známky porovnávania |
Čistá substancia |
Zmes |
|
Neustále |
Nestály |
|
|
Látky |
To isté |
Rôzne |
|
Fyzikálne vlastnosti |
Trvalé |
Nestály |
|
Zmena energie počas formovania |
Deje sa |
Nedeje sa |
|
Separácia |
Prostredníctvom chemických reakcií |
Fyzikálnymi metódami |
Zmesi sa navzájom líšia vzhľadom.
Klasifikácia zmesí je uvedená v tabuľke:
Uveďme príklady suspenzií (riečny piesok + voda), emulzií (rastlinný olej + voda) a roztokov (vzduch v banke, kuchynská soľ + voda, drobné: hliník + meď alebo nikel + meď).
Spôsoby oddeľovania zmesí
V prírode existujú látky vo forme zmesí. Pre laboratórny výskum, priemyselnú výrobu a pre potreby farmakológie a medicíny sú potrebné čisté látky.
Na čistenie látok sa používajú rôzne metódy separácie zmesí.
Odparovanie je oddelenie pevných látok rozpustených v kvapaline premenou na paru.
destilácia- destilácia, oddelenie látok obsiahnutých v kvapalných zmesiach podľa teplôt varu s následným ochladením pary.
V prírode sa voda nevyskytuje v čistej forme (bez solí). Oceánska, morská, riečna, studničná a pramenitá voda sú typy roztokov solí vo vode. Ľudia však často potrebujú čistú vodu, ktorá neobsahuje soli (používa sa v motoroch áut; v chemickej výrobe na získanie rôznych roztokov a látok; pri zhotovovaní fotografií). Takáto voda sa nazýva destilovaná a spôsob jej získavania sa nazýva destilácia.
Filtrácia - precedenie kvapalín (plynov) cez filter za účelom ich očistenia od pevných nečistôt.
Tieto metódy sú založené na rozdieloch vo fyzikálnych vlastnostiach zložiek zmesi.
Zvážte separačné metódy heterogénne a homogénne zmesi.
|
Príklad zmesi |
Separačná metóda |
|
Suspenzia - zmes riečneho piesku a vody |
advokácia Separácia brániť na základe rôznych hustôt látok. Na dne sa usádza ťažší piesok. Môžete tiež oddeliť emulziu: oddeľte olej alebo rastlinný olej od vody. V laboratóriu sa to dá urobiť pomocou oddeľovacieho lievika. Ropa alebo rastlinný olej tvoria vrchnú, ľahšiu vrstvu. V dôsledku usadzovania padá z hmly rosa, z dymu sa usadzujú sadze a v mlieku sa usadzuje smotana. Oddelenie zmesi vody a rastlinného oleja usadzovaním |
|
Zmes piesku a kuchynskej soli vo vode |
Filtrácia Čo je základom pre separáciu heterogénnych zmesí pomocou filtrovanie?Na rôznej rozpustnosti látok vo vode a na rôznych veľkostiach častíc. Cez póry filtra prechádzajú len častice látok im porovnateľných, pričom väčšie častice sa na filtri zadržia. Týmto spôsobom môžete oddeliť heterogénnu zmes kuchynskej soli a riečneho piesku. Ako filtre sa dajú použiť rôzne porézne látky: vata, uhlie, pálená hlina, lisované sklo a iné. Metóda filtrácie je základom pre prevádzku domácich spotrebičov, ako sú vysávače. Používajú ho chirurgovia - gázové obväzy; vŕtačky a výťahári - dýchacie masky. Pomocou čajového sitka na filtrovanie čajových lístkov sa Ostapovi Benderovi, hrdinovi diela Ilfa a Petrova, podarilo zobrať jednu zo stoličiek od Ellochky Ogress („Dvanásť stoličiek“). Oddelenie zmesi škrobu a vody filtráciou |
|
Zmes práškového železa a síry |
Pôsobenie magnetom alebo vodou Železný prášok bol priťahovaný magnetom, ale prášok síry nie. Nezmáčateľný sírový prášok vyplával na hladinu vody a ťažký zmáčateľný železný prášok sa usadil na dne. Oddelenie zmesi síry a železa pomocou magnetu a vody
|
|
Roztok soli vo vode je homogénna zmes |
Odparovanie alebo kryštalizácia Voda sa odparí a v porcelánovej šálke zostanú kryštáliky soli. Keď sa voda z jazier Elton a Baskunchak odparí, získa sa kuchynská soľ. Táto separačná metóda je založená na rozdiele teplôt varu rozpúšťadla a rozpustenej látky.Ak sa látka, napríklad cukor, pri zahrievaní rozloží, potom sa voda úplne neodparí - roztok sa odparí a potom sa z nej vyzrážajú kryštály cukru. niekedy je potrebné odstraňovať nečistoty z rozpúšťadiel pri nižšej teplote varu, napríklad vodu zo soli. V tomto prípade sa pary látky musia zhromaždiť a potom po ochladení kondenzovať. Tento spôsob oddeľovania homogénnej zmesi sa nazýva destilácia alebo destilácia. V špeciálnych zariadeniach - destilátoroch sa získava destilovaná voda, ktorá sa využíva pre potreby farmakológie, laboratórií, chladiacich systémov automobilov. Doma si môžete postaviť takýto destilátor: Ak oddelíte zmes liehu a vody, tak sa najskôr oddestiluje lieh s bodom varu = 78 °C (zachytí sa do prijímacej skúmavky) a voda zostane v skúmavke. Destilácia sa používa na výrobu benzínu, petroleja a plynového oleja z ropy. Separácia homogénnych zmesí |
Špeciálna metóda na oddeľovanie zložiek, založená na ich rozdielnej absorpcii určitou látkou, je chromatografia.
Ruský botanik M. S. Tsvet pomocou chromatografie ako prvý izoloval chlorofyl zo zelených častí rastlín. V priemysle a laboratóriách sa namiesto filtračného papiera na chromatografiu používa škrob, uhlie, vápenec a oxid hlinitý. Sú vždy potrebné látky s rovnakým stupňom čistenia?
Na rôzne účely sú potrebné látky s rôznym stupňom čistenia. Vodu na varenie treba nechať dostatočne odstáť, aby sa z nej odstránili nečistoty a chlór používaný na dezinfekciu. Voda na pitie musí byť najskôr prevarená. A v chemických laboratóriách na prípravu roztokov a vykonávanie experimentov, v medicíne je potrebná destilovaná voda, čo najviac očistená od látok v nej rozpustených. Obzvlášť čisté látky, ktorých obsah nečistôt nepresahuje jednu milióntinu percenta, sa používajú v elektronike, polovodičoch, jadrovej technike a iných presných odvetviach.
Spôsoby vyjadrenia zloženia zmesí.
Hmotnostný podiel zložky v zmesi- pomer hmotnosti zložky k hmotnosti celej zmesi. Obvykle sa hmotnostný zlomok vyjadruje v %, ale nie nevyhnutne.
ω ["omega"] = m zložky / m zmesi
Molárny zlomok zložky v zmesi- pomer počtu mólov (látkového množstva) zložky k celkovému počtu mólov všetkých látok v zmesi. Napríklad, ak zmes obsahuje látky A, B a C, potom:
χ ["chi"] komponent A = n komponent A / (n(A) + n(B) + n(C))
Molárny pomer zložiek. Niekedy problémy so zmesou naznačujú molárny pomer jej zložiek. Napríklad:
n zložky A: n zložky B = 2:3
Objemový podiel zložky v zmesi (len pre plyny)- pomer objemu látky A k celkovému objemu celej zmesi plynov.
φ ["phi"] = V zložka / V zmes
Praktický blok.
Pozrime sa na tri príklady problémov, s ktorými reagujú zmesi kovov soľ kyselina:
Príklad 1Keď bola zmes medi a železa s hmotnosťou 20 g vystavená nadbytku kyseliny chlorovodíkovej, uvoľnilo sa 5,6 litra plynu (č.). Určte hmotnostné podiely kovov v zmesi.
V prvom príklade meď nereaguje s kyselinou chlorovodíkovou, to znamená, že pri reakcii kyseliny so železom sa uvoľňuje vodík. Keď teda poznáme objem vodíka, môžeme okamžite nájsť množstvo a hmotnosť železa. A teda aj hmotnostné frakcie látok v zmesi.
Riešenie podľa príkladu 1.
Ako zistiť množstvo vodíka:
n = V / V m = 5,6 / 22,4 = 0,25 mol.
Podľa reakčnej rovnice:
Množstvo železa je tiež 0,25 mol. Jeho hmotnosť nájdete:
mFe = 0,25 56 = 14 g.
Odpoveď: 70% železa, 30% medi.
Príklad 2Keď bola zmes hliníka a železa s hmotnosťou 11 g vystavená prebytku kyseliny chlorovodíkovej, uvoľnilo sa 8,96 litra plynu (n.s.). Určte hmotnostné podiely kovov v zmesi.
V druhom príklade je reakcia oboje kov Tu sa už vodík z kyseliny uvoľňuje v oboch reakciách. Preto tu nemožno použiť priamy výpočet. V takýchto prípadoch je vhodné riešiť pomocou veľmi jednoduchého systému rovníc, pričom x je počet mólov jedného z kovov a y je látkové množstvo druhého.
Riešenie podľa príkladu 2.
2HCl = FeCl2+
Je oveľa pohodlnejšie riešiť takéto systémy pomocou metódy odčítania, vynásobením prvej rovnice 18:
27x + 18r = 7,2
a odčítaním prvej rovnice od druhej:(56 − 18) y = 11 − 7,2
y = 3,8 / 38 = 0,1 mol (Fe)
x = 0,2 mol (Al)
Ako zistiť množstvo vodíka:
n = V/V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 mol.
Nech je množstvo hliníka x mólov a množstvo železa je x mólov. Potom môžeme množstvo uvoľneného vodíka vyjadriť pomocou x a y:
Poznáme celkové množstvo vodíka: 0,4 mol. znamená,
1,5x + y = 0,4 (toto je prvá rovnica v sústave).
Pre zmes kovov musíme vyjadriť omši cez množstvo látok.
m = Mn
Takže hmotnosť hliníka
m Al = 27x,
hmotnosť železa
m Fe = 56 у,
a hmotnosť celej zmesi
27x + 56y = 11 (toto je druhá rovnica v systéme).
Máme teda systém dvoch rovníc:
mFe = n M = 0,156 = 5,6 g
mAl = 0,227 = 5,4 g
ωFe = mFe/m zmes = 5,6/11 = 0,50909 (50,91 %),
resp.
ω Al = 100 % − 50,91 % = 49,09 %
Odpoveď: 50,91 % železa, 49,09 % hliníka.
Príklad 316 g zmesi zinku, hliníka a medi sa spracuje s prebytkom roztoku kyseliny chlorovodíkovej. V tomto prípade sa uvoľnilo 5,6 litra plynu (n.s.) a 5 g látky sa nerozpustilo. Určte hmotnostné podiely kovov v zmesi.
V treťom príklade dva kovy reagujú, ale tretí kov (meď) nereaguje. Preto zvyšok 5 g predstavuje hmotnosť medi. Množstvo zvyšných dvoch kovov - zinku a hliníka (pozn. ich celková hmotnosť je 16 − 5 = 11 g) zistíme pomocou sústavy rovníc, ako v príklade č.2.
Odpoveď na príklad 3: 56,25 % zinku, 12,5 % hliníka, 31,25 % medi.
Príklad 4.Na zmes železa, hliníka a medi sa pôsobilo prebytkom studenej koncentrovanej kyseliny sírovej. V tomto prípade sa časť zmesi rozpustila a uvoľnilo sa 5,6 litra plynu (n.s.). Na zostávajúcu zmes sa pôsobilo nadbytkom roztoku hydroxidu sodného. Uvoľnilo sa 3,36 litra plynu a zostali 3 g nerozpusteného zvyšku. Určte hmotnosť a zloženie východiskovej zmesi kovov.
V tomto príklade si to musíme uvedomiť za studena koncentrovaný kyselina sírová nereaguje so železom a hliníkom (pasivácia), ale reaguje s meďou. Tým sa uvoľňuje oxid sírový (IV).
S alkáliami reaguje iba hliník- amfotérny kov (okrem hliníka sa v alkáliách rozpúšťa aj zinok a cín a v horúcej koncentrovanej alkálii sa môže rozpustiť aj berýlium).
Riešenie podľa príkladu 4.
(nezabudnite, že takéto reakcie je potrebné vyrovnať pomocou elektronickej váhy)
Pretože molárny pomer medi a oxidu siričitého je 1:1, potom je aj meď 0,25 mol. Môžete nájsť množstvo medi:
m Cu = n M = 0,2564 = 16 g.Hliník reaguje s alkalickým roztokom, čo vedie k tvorbe hydroxokomplexu hliníka a vodíka:
2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3H 2Al 0 − 3e = Al 3+
2H++ 2e = H2
Počet mólov vodíka:
nH3 = 3,36 / 22,4 = 0,15 mol,
molárny pomer hliníka a vodíka je 2:3 a teda
nAl = 0,15 / 1,5 = 0,1 mol.
Hmotnosť hliníka:
mAl = n M = 0,127 = 2,7 gZvyšok je železo s hmotnosťou 3 g. Hmotnosť zmesi nájdete:
m zmes = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 g.Hmotnostné frakcie kovov:
Iba meď reaguje s koncentrovanou kyselinou sírovou, počet mólov plynu je:
nS02 = V/Vm = 5,6/22,4 = 0,25 mol
|
2H2S04 (konc.) = CuS04+ |
ω Cu = m Cu/m zmesi = 16/21,7 = 0,7373 (73,73 %)
ω Al = 2,7 / 21,7 = 0,1244 (12,44 %)
ω Fe = 13,83 %
Odpoveď: 73,73 % medi, 12,44 % hliníka, 13,83 % železa.
Príklad 5.21,1 g zmesi zinku a hliníka sa rozpustilo v 565 ml roztoku kyseliny dusičnej s obsahom 20 % hmotn. %HNO 3 a majúci hustotu 1,115 g/ml. Objem uvoľneného plynu, ktorý je jednoduchou látkou a jediným produktom redukcie kyseliny dusičnej, bol 2,912 l (n.s.). Určte zloženie výsledného roztoku v hmotnostných percentách. (RHTU)
Text tohto problému jasne naznačuje produkt redukcie dusíka – „jednoduchú látku“. Keďže kyselina dusičná s kovmi nevytvára vodík, je to dusík. Oba kovy sa rozpustili v kyseline.
Problém sa nepýta na zloženie východiskovej zmesi kovov, ale na zloženie výsledného roztoku po reakciách. To sťažuje úlohu.
Riešenie podľa príkladu 5.
Určte množstvo plynnej látky:
nN2 = V/Vm = 2,912/22,4 = 0,13 mol.
Určte hmotnosť roztoku kyseliny dusičnej, hmotnosť a množstvo rozpustenej HNO3:
m roztok = ρ V = 1,115 565 = 630,3 g
m HNO3 = ω m roztok = 0,2 630,3 = 126,06 g
nHN03 = m/M = 126,06/63 = 2 mol
Upozorňujeme, že keďže sa kovy úplne rozpustili, znamená to - kyseliny bolo urcite dost(tieto kovy nereagujú s vodou). V súlade s tým bude potrebné skontrolovať Je tam príliš veľa kyseliny? a koľko z nej zostane po reakcii vo výslednom roztoku.
Zostavíme reakčné rovnice ( nezabudnite na svoj elektronický zostatok) a pre zjednodušenie výpočtov berieme 5x ako množstvo zinku a 10y ako množstvo hliníka. Potom v súlade s koeficientmi v rovniciach bude dusík v prvej reakcii x mol a v druhej - 3 y mol:
|
12HN03 = 5Zn(N03)2+ |
|
Zn 0 − 2e = Zn 2+ |
||
|
2N +5 + 10e = N2 |
|
36HN03 = 10Al(N03)3+ |
Tento systém je vhodné vyriešiť vynásobením prvej rovnice číslom 90 a odčítaním prvej rovnice od druhej.
x = 0,04, čo znamená n Zn = 0,04 5 = 0,2 mol
y = 0,03, čo znamená n Al = 0,03 10 = 0,3 mol
Skontrolujeme hmotnosť zmesi:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 g.
Teraz prejdime k zloženiu roztoku. Bude vhodné reakcie znova prepísať a nad reakcie zapísať množstvá všetkých zreagovaných a vzniknutých látok (okrem vody):
Ďalšia otázka znie: zostala v roztoku nejaká kyselina dusičná a koľko jej ešte zostalo?
Podľa reakčných rovníc množstvo kyseliny, ktoré reagovalo:
nHN03 = 0,48 + 1,08 = 1,56 mol,
tie. kyselina bola v prebytku a môžete vypočítať jej zvyšok v roztoku:
n HNO3 kľud. = 2 − 1,56 = 0,44 mol.
Takže v konečné riešenie obsahuje:
dusičnan zinočnatý v množstve 0,2 mol:
m Zn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 g
dusičnan hlinitý v množstve 0,3 mol:
m Al(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 g
prebytok kyseliny dusičnej v množstve 0,44 mol:
m HNO3 kľud. = n M = 0,44 63 = 27,72 g
Aká je hmotnosť konečného roztoku?
Pripomeňme si, že hmotnosť konečného roztoku pozostáva z tých zložiek, ktoré sme zmiešali (roztoky a látky), mínus tie reakčné produkty, ktoré opustili roztok (zrazeniny a plyny):
Potom pre našu úlohu:
m nový roztok = hmotnosť roztoku kyseliny + hmotnosť kovovej zliatiny - hmotnosť dusíka
mN2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 g
m nový roztok = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 g
ωZn(NO 3) 2 = m množstvo / m roztoku = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO 3) 3 = m objem / m roztoku = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ω HNO3 zvyšok. = m vody / m roztoku = 27,72 / 648,04 = 0,0428
Odpoveď: 5,83 % dusičnanu zinočnatého, 9,86 % dusičnanu hlinitého, 4,28 % kyseliny dusičnej.
Príklad 6.Keď sa 17,4 g zmesi medi, železa a hliníka ošetrilo prebytkom koncentrovanej kyseliny dusičnej, uvoľnilo sa 4,48 litra plynu (n.o.) a keď sa táto zmes vystavila rovnakej hmotnosti prebytku kyseliny chlorovodíkovej, 8,96 litra plynu (n.o.) boli uvoľnené. r.). Určte zloženie počiatočnej zmesi. (RHTU)
Pri riešení tohto problému musíme mať na pamäti v prvom rade, že koncentrovaná kyselina dusičná s neaktívnym kovom (meď) produkuje NO 2 a železo a hliník s ním nereagujú. Kyselina chlorovodíková, naopak, s meďou nereaguje.
Odpovedzte napríklad 6: 36,8 % medi, 32,2 % železa, 31 % hliníka.
Vysvetľujúca poznámka
Čisté látky a zmesi. Metódy oddelenie zmesi. Rozvíjať chápanie čistých látok a zmesi. Metódyčistenie látok: ... látok k rôznym triedy Organické zlúčeniny. Charakteristika: základný triedy Organické zlúčeniny...
Objednávka z roku 2013 č Pracovný program pre akademický predmet "Chémia" 8. ročník (základná úroveň 2 hod.)
Pracovný programHodnotenie vedomostí študentov o príležitostiach a spôsoby oddelenie zmesi látky; formovanie vhodných experimentálnych zručností... klasifikácia a chemické vlastnosti základných látok triedy anorganické zlúčeniny, vznik predstáv o...
... zmesi, spôsoby oddelenie zmesi. Ciele: Poskytnúť koncept čistých látok a zmesi; Zvážte klasifikáciu zmesi; Oboznámiť študentov s spôsoby oddelenie zmesi... študent a zvyšuje vpredu trieda karta so vzorcom anorganickej látky...
Viete, aké metódy existujú na oddelenie zmesí? Nebuďte príliš rýchly s negatívnou odpoveďou. Mnohé z nich využívate pri svojich každodenných činnostiach.
Čistá látka: čo to je?
Atómy, molekuly, látky a zmesi sú základné chemické pojmy. Čo si myslia? V tabuľke D.I. Mendelejeva je 118 chemických prvkov. Ide o rôzne druhy elementárnych častíc – atómov. Líšia sa od seba hmotnosťou.
Vzájomným spojením atómy vytvárajú molekuly alebo látky. Posledne menované, ktoré sa navzájom spájajú, tvoria zmesi. Čisté látky majú konštantné zloženie a vlastnosti. Ide o homogénne štruktúry. Môžu sa však rozdeliť na zložky pomocou chemických reakcií.
Vedci tvrdia, že čisté látky v prírode prakticky neexistujú. V každom z nich je malé množstvo nečistôt. Stáva sa to preto, že väčšina látok má odlišnú aktivitu. Dokonca aj kovy ponorené vo vode sa v nej rozpúšťajú na úrovni iónov.
Zloženie čistých látok je vždy konštantné. Zmeniť to jednoducho nie je možné. Ak teda zvýšite množstvo uhlíka alebo kyslíka v molekule oxidu uhličitého, bude to úplne iná látka. A v zmesi môžete zvýšiť alebo znížiť počet komponentov. Tým sa zmení jeho zloženie, ale nie fakt jeho existencie.
Čo je zmes
Kombinácia viacerých látok sa nazýva zmes. Môžu byť dvoch typov. Ak sú jednotlivé zložky v zmesi nerozoznateľné, nazýva sa homogénna alebo homogénna. V každodennom živote sa najčastejšie používa ďalší názov - riešenie. Zložky takejto zmesi nemožno oddeliť fyzikálnymi metódami. Napríklad z fyziologického roztoku nie je možné mechanicky extrahovať kryštály, ktoré sú v ňom rozpustené. V prírode sa nenachádzajú len tekuté roztoky. Vzduch je teda plynná homogénna zmes a kovová zliatina je pevná látka.
V nehomogénnych alebo heterogénnych zmesiach sú jednotlivé častice viditeľné voľným okom. Líšia sa od seba zložením a vlastnosťami. To znamená, že sa dajú od seba oddeliť čisto mechanicky. Popoluška, ktorú zlá macocha prinútila oddeliť fazuľu od hrachu, sa s touto úlohou dokonale vyrovnala.
Chémia: metódy delenia zmesí
V každodennom živote a prírode sa nachádza obrovské množstvo zmesí. Ako si vybrať správny spôsob ich oddelenia? Musí vychádzať z fyzikálnych vlastností jednotlivých komponentov. Ak majú látky rôzne teploty varu, potom bude účinné odparovanie nasledované kryštalizáciou, ako aj destilácia. Takéto metódy sa používajú na oddelenie homogénnych roztokov. Na oddelenie heterogénnych zmesí sa používajú rozdiely v iných vlastnostiach ich zložiek: hustota, zmáčavosť, rozpustnosť, veľkosť, magnetizmus atď.
Fyzikálne metódy delenia zmesí
Pri oddeľovaní zložiek zmesi sa zloženie samotných látok nemení. Metódy oddeľovania zmesí preto nemožno nazvať chemickým procesom. Usadením, filtrovaním a vystavením magnetu je možné jednotlivé zložky mechanicky oddeliť. V laboratóriu sa používajú rôzne prístroje: oddeľovací lievik, filtračný papier, magnetické prúžky. Sú to metódy na oddeľovanie heterogénnych zmesí.
Skríning
Táto metóda je možno najjednoduchšia. Pozná to každá gazdinka. Je založená na rozdiele veľkosti pevných zložiek zmesi. Preosievanie sa používa v každodennom živote na oddelenie múky od nečistôt, lariev hmyzu a rôznych nečistôt. V poľnohospodárskej výrobe sa zrná obilnín týmto spôsobom čistia od cudzích zvyškov. Stavební robotníci preosievajú zmes piesku a štrku.
advokácia
Tento spôsob oddeľovania zmesí sa používa pre komponenty s rôznou hustotou. Ak sa piesok dostane do vody, výsledný roztok sa musí dobre premiešať a nechať na chvíľu. To isté možno urobiť so zmesou vody a rastlinného oleja alebo ropy. Piesok sa usadí na dne. Ale naopak, olej sa bude zhromažďovať zhora. Táto metóda sa pozoruje v každodennom živote a prírode. Napríklad sadze sa usadzujú z dymu a jednotlivé kvapky rosy z hmly. A ak necháte domáce mlieko cez noc, smotanu môžete zbierať do rána.
Filtrácia
Milovníci vareného čaju používajú túto metódu denne. Hovoríme o filtrácii – metóde oddeľovania zmesí na základe rozdielnej rozpustnosti zložiek. Predstavte si, že sa do vody dostali železné piliny a soľ. Na filtri zostanú veľké nerozpustné častice. A rozpustená soľ ním prejde. Princíp tejto metódy je základom fungovania vysávačov, pôsobenia dýchacích masiek a gázových obväzov.
Pôsobenie magnetom
Navrhnite spôsob oddeľovania zmesí práškov síry a železa. Prirodzene, ide o pôsobenie magnetu. Sú toho schopné všetky kovy? Vôbec nie. Na základe stupňa citlivosti sa rozlišujú tri skupiny látok. Napríklad zlato, meď a zinok sa k magnetu neprichytia. Patria do skupiny diamagnetických materiálov. Horčík, platina a hliník majú slabé vnímanie. Ale ak zmes obsahuje feromagnety, potom bude táto metóda najúčinnejšia. Patria sem napríklad železo, kobalt, nikel, terbium, holmium, thulium.
Odparovanie
Aký spôsob delenia zmesí je vhodný pre vodný homogénny roztok? Toto je odparovanie. Ak máte iba slanú vodu, ale potrebujete čistú vodu, nenechajte sa hneď rozčúliť. Musíte zahriať zmes na bod varu. V dôsledku toho sa voda vyparí. A kryštály rozpustenej látky budú viditeľné na dne misky. Na zhromažďovanie vody musí byť kondenzovaná - prevedená z plynného skupenstva do kvapaliny. Za týmto účelom sa pary ochladzujú, dotýkajú sa povrchu s nižšou teplotou a prúdia do pripravenej nádoby.
Kryštalizácia
Vo vede sa tento pojem považuje v širšom význame. Toto nie je len spôsob získavania čistých látok. Kryštály v prírode zahŕňajú ľadovce, minerály, kosti a zubnú sklovinu.
Ich rast prebieha za rovnakých podmienok. Kryštály sa tvoria v dôsledku chladenia kvapalín alebo presýtenia parou a potom by sa už teplota nemala meniť. Najprv sa teda dosiahnu niektoré obmedzujúce podmienky. V dôsledku toho sa objaví kryštalizačné centrum, okolo ktorého sa zhromažďujú atómy kvapaliny, taveniny, plynu alebo skla.
Destilácia
Určite ste už počuli o vode, ktorá sa nazýva destilovaná. Táto čistená kvapalina je potrebná na výrobu liekov, laboratórny výskum a chladiace systémy. A dostávajú ho v špeciálnych zariadeniach. Nazývajú sa liehovarníci.
Destilácia je spôsob oddeľovania zmesí látok s rôznou teplotou varu. V preklade z latinčiny tento výraz znamená „kvapkanie“. Pomocou tejto metódy môžete napríklad oddeliť alkohol a vodu z roztoku. Prvá látka začne vrieť pri teplote +78 o C. Alkoholové pary budú následne kondenzovať. Voda zostane v tekutej forme.
Podobným spôsobom sa z ropy získavajú rafinované produkty: benzín, petrolej, plynový olej. Tento proces nie je chemickou reakciou. Olej je rozdelený na samostatné frakcie, z ktorých každá má svoj vlastný bod varu. To sa deje v niekoľkých fázach. Najprv sa vykoná primárna separácia oleja. Čistí sa od pridruženého plynu, mechanických nečistôt a vodnej pary. V ďalšej fáze sa výsledný produkt umiestni do destilačných kolón a začne sa zahrievať. Ide o atmosférickú destiláciu ropy. Pri teplotách pod 62 stupňov sa zvyšný pridružený plyn vyparí. Zahriatím zmesi na 180 stupňov sa získajú benzínové frakcie, až 240 - petrolej, až 350 - motorová nafta. Zvyšok z rafinácie termálneho oleja je vykurovací olej, ktorý sa používa ako mazivo.
Chromatografia
Táto metóda bola pomenovaná po vedcovi, ktorý ju prvýkrát použil. Volal sa Michail Semenovič Cvet. Spočiatku sa metóda používala na separáciu rastlinných pigmentov. A chromatografia je doslovne preložená z gréčtiny ako „píšem farbou“. Ponorte filtračný papier do zmesi vody a atramentu. Prvý sa okamžite začne vstrebávať. Je to spôsobené rôznymi stupňami adsorpčných vlastností. Toto zohľadňuje aj difúziu a stupeň rozpustnosti.
Adsorpcia
Niektoré látky majú schopnosť priťahovať molekuly iných typov. Napríklad pri otravách užívame aktívne uhlie, aby sme sa zbavili toxínov. Tento proces vyžaduje rozhranie, ktoré leží medzi týmito dvoma fázami.
Táto metóda sa používa v chemickom priemysle na oddeľovanie benzénu z plynných zmesí, čistenie kvapalných produktov rafinácie ropy a ich čistenie od nečistôt.
V našom článku sme sa teda pozreli na hlavné spôsoby oddeľovania zmesí. Ľudia ich používajú doma aj v priemyselnom meradle. Výber metódy závisí od typu zmesi. Dôležitým faktorom sú špecifické fyzikálne vlastnosti jeho komponentov. Na oddelenie roztokov, v ktorých sú jednotlivé časti vizuálne nerozoznateľné, sa používajú metódy odparovania, kryštalizácie, chromatografie a destilácie. Ak je možné identifikovať jednotlivé zložky, takéto zmesi sa nazývajú heterogénne. Na ich oddelenie sa používajú metódy usadzovania, filtrovania a magnetického pôsobenia.
Čisté látky a zmesi. Spôsoby oddeľovania zmesí.Na stanovenie vlastností látky je potrebné mať ju v čistej forme, ale látky sa v prírode v čistej forme nevyskytujú. Každá látka vždy obsahuje určité množstvo nečistôt. Látka, v ktorej nie sú takmer žiadne nečistoty, sa nazýva čistá. S takýmito látkami pracujú vo vedeckom laboratóriu alebo školskom chemickom laboratóriu. Všimnite si, že absolútne čisté látky neexistujú.
Zmesi zahŕňajú takmer všetky prírodné látky, potraviny (okrem soli, cukru a niektorých ďalších), stavebné materiály, chémiu pre domácnosť a mnohé lieky a kozmetiku.
Prírodné látky sú zmesi, ktoré niekedy pozostávajú z veľmi veľkého počtu rôznych látok. Napríklad prírodná voda vždy obsahuje rozpustené soli a plyny. Niekedy môže veľmi malé množstvo nečistoty viesť k veľmi silnej zmene niektorých vlastností látky. Napríklad obsah len stotín železa alebo medi v zinku urýchľuje jeho interakciu s kyselinou chlorovodíkovou stokrát. Ak je jedna z látok v zmesi v prevažujúcom množstve, zvyčajne nesie jej názov celá zmes.
Zložka je každá látka obsiahnutá v zmesi.
Homogénne zmesi.
Pridajte malú časť cukru do pohára vody a miešajte, kým sa všetok cukor nerozpustí. Tekutina bude chutiť sladko. Cukor teda nezmizol, ale zostal v zmesi. Jeho kryštály ale neuvidíme ani pri skúmaní kvapky tekutiny cez výkonný mikroskop.
Ryža. 3. Homogénna zmes (vodný roztok cukru)
Pripravená zmes cukru a vody je homogénna (obr. 3); sú v ňom rovnomerne premiešané najmenšie častice týchto látok.
Zmesi, v ktorých sa zložky nedajú zistiť voľným okom, sa nazývajú homogénne.
Voda zmiešaná s pieskom, kriedou alebo hlinou mrzne pri teplote O 0 C a vrie pri 100 0 C.
Niektoré typy heterogénnych zmesí majú špeciálne názvy: pena (napríklad polystyrénová pena, mydlová pena), suspenzia (zmes vody s malým množstvom múky), emulzia (mlieko, dobre pretrepaný rastlinný olej a voda), aerosól ( dym, hmla).
Ryža. 5. Heterogénne zmesi:
a - zmes vody a síry;
b - zmes rastlinného oleja a vody;
c - zmes vzduchu a vody
Existujú rôzne spôsoby oddeľovania zmesí. Výber spôsobu separácie zmesi je ovplyvnený vlastnosťami látok tvoriacich zmes.
Pozrime sa bližšie na každú metódu:
advokácia- bežný spôsob čistenia kvapalín od mechanických nečistôt nerozpustných vo vode, príp kvapalné látky, ktoré sú navzájom nerozpustné a majú rôznu hustotu.
Sedimentácia sa využíva pri príprave vody pre technologické a domáce potreby, čistení odpadových vôd, dehydratácii a odsoľovaní ropy av mnohých chemicko-technologických procesoch. Je to dôležitá etapa prirodzeného samočistenia prírodných a umelých nádrží.
Filtrácia– oddelenie kvapaliny od pevných nerozpustných nečistôt; Molekuly kvapaliny prechádzajú cez póry filtra a zadržiavajú sa veľké častice nečistôt.
Predstavte si, že pred vami je zmes riečneho piesku a vody. Určite typ zmesi. ( heterogénne). Porovnajte fyzikálne vlastnosti riečneho piesku a vody. (Ide o látky, ktoré sú navzájom nerozpustné a majú rôznu hustotu). Navrhnite spôsob oddelenia tejto zmesi ( filtrovanie).
Pôsobenie magnetom je metóda oddeľovania heterogénnych zmesí, keď jednu z látok v zmesi je možné pritiahnuť magnetom
Odparovanie – ide o spôsob oddeľovania homogénnych zmesí, pri ktorom sa z roztoku uvoľňuje tuhá rozpustná látka, pri zahriatí sa voda odparuje a zostávajú kryštály tuhej látky.
Destilácia (po latinsky „kvapkanie“) – Ide o metódu oddeľovania homogénnych zmesí, pri ktorej sa tekuté zmesi rozdeľujú na frakcie, ktoré sa líšia zložením. Vykonáva sa čiastočným odparením kvapaliny s následnou kondenzáciou pary. Destilovaná frakcia (destilát) je obohatená o relatívne prchavejšie (nízkovrúce) látky a nedestilovaná kvapalina (dná) je obohatená o relatívne menej prchavé (vysokovrúce) látky.
V laboratóriu sa destilácia vykonáva pomocou špeciálneho zariadenia (obr. 6). Pri zahrievaní zmesi kvapalín najskôr vrie látka s najnižším bodom varu. Jeho para opúšťa nádobu, ochladzuje sa, kondenzuje1 a výsledná kvapalina prúdi do prijímača. Keď už táto látka v zmesi nie je, teplota začne stúpať a po čase vykypí ďalšia tekutá zložka. V nádobe zostávajú neprchavé kvapaliny.
Ryža. 6. Laboratórne zariadenie na destiláciu: a - konvenčné; b - zjednodušené
1 - zmes kvapalín s rôznymi bodmi varu;
2 - teplomer;
3 - chladnička na vodu;
4 - prijímač
Pozrime sa, ako niektorí používajú metódy separácia zmesí.
Proces filtrácie je základom činnosti respirátora - zariadenia, ktoré chráni pľúca človeka pracujúceho vo veľmi prašnej miestnosti. Respirátor má filtre, ktoré zabraňujú vniknutiu prachu do pľúc (obr. 7). Najjednoduchším respirátorom je obväz vyrobený z niekoľkých vrstiev gázy. Vysávač má tiež filter, ktorý odstraňuje prach zo vzduchu.
Ryža. 7. Pracovník v respirátore
Uveďte, akými metódami môžete oddeliť zmes rozpustných a nerozpustných látok vo vode.
heterogénny (heterogénny) | homogénny (homogénny) |
| Heterogénne zmesi sú tie, v ktorých možno rozhranie medzi pôvodnými komponentmi identifikovať buď voľným okom, alebo pod lupou či mikroskopom: | Látky v takýchto zmesiach sa navzájom čo najviac miešajú, dalo by sa povedať, na molekulárnej úrovni. V takýchto zmesiach nie je možné zistiť rozhranie medzi pôvodnými komponentmi ani pod mikroskopom: |
| Príklady | |
| Suspenzia (tuhá + kvapalina) Emulzia (kvapalina + kvapalina) Dym (tuhý + plyn) Pevná prášková zmes (tuhá + tuhá látka) | Skutočné roztoky (napríklad roztok stolovej soli vo vode, roztok alkoholu vo vode) Tuhé roztoky (zliatiny kovov, hydráty kryštalických solí) Plynové roztoky (zmes plynov, ktoré navzájom nereagujú) |
Spôsoby oddeľovania zmesí
Heterogénne zmesi typu plyn-kvapalina, kvapalina-tuhá látka, plyn-tuhá látka sú vplyvom gravitácie v čase nestabilné. V takýchto zmesiach zložky s nižšou hustotou postupne stúpajú nahor (plávajú) a s vyššou hustotou klesajú (usadzujú sa). Tento proces spontánnej separácie zmesí v priebehu času sa nazýva brániť. Napríklad zmes jemného piesku a vody sa pomerne rýchlo samovoľne rozdelí na dve časti:
Na urýchlenie procesu vylučovania látok s vyššou hustotou z kvapaliny v laboratórnych podmienkach sa často uchyľujú k pokročilejšej verzii usadzovacej metódy - odstreďovanie. Úlohu gravitácie v odstredivkách zohráva odstredivá sila, ktorá vzniká vždy pri rotácii. Pretože odstredivá sila priamo závisí od rýchlosti otáčania, môže byť mnohonásobne väčšia ako sila gravitácie jednoduchým zvýšením počtu otáčok odstredivky za jednotku času. Vďaka tomu sa dosiahne oveľa rýchlejšie oddelenie zmesi v porovnaní s usadzovaním.
Po usadení alebo odstredení môže byť supernatant oddelený od sedimentu pomocou tejto metódy dekantovanie— opatrným vypustením kvapaliny zo sedimentu.
Zmes dvoch kvapalín, ktoré sú v sebe nerozpustné (po usadení) môžete oddeliť pomocou oddeľovacieho lievika, ktorého princíp činnosti je zrejmý z nasledujúceho obrázku:
Na separáciu zmesí látok v rôznych stavoch agregácie sa okrem sedimentácie a odstreďovania široko používa aj filtrácia. Metóda spočíva v tom, že filter má rôznu priepustnosť vo vzťahu ku zložkám zmesi. Najčastejšie je to spôsobené rôznymi veľkosťami častíc, ale môže to byť spôsobené aj tým, že jednotlivé zložky zmesi silnejšie interagujú s povrchom filtra ( sú adsorbované oni).
Napríklad suspenzia pevného nerozpustného prášku s vodou sa môže oddeliť pomocou porézneho papierového filtra. Pevná látka zostáva na filtri a voda ním prechádza a zhromažďuje sa v nádobe umiestnenej pod ním:
V niektorých prípadoch môžu byť heterogénne zmesi oddelené v dôsledku rôznych magnetických vlastností zložiek. Napríklad zmes práškov síry a kovového železa možno oddeliť pomocou magnetu. Častice železa, na rozdiel od častíc síry, sú priťahované a držané magnetom:
Separácia zložiek zmesi pomocou magnetického poľa sa nazýva magnetická separácia.
Ak je zmes roztokom žiaruvzdornej tuhej látky v kvapaline, túto látku možno od kvapaliny oddeliť odparením roztoku:
Na oddelenie kvapalných homogénnych zmesí sa používa metóda tzv destilácia, alebo destiláciou. Táto metóda má princíp činnosti podobný odparovaniu, ale umožňuje oddeliť nielen prchavé zložky od neprchavých, ale aj látky s relatívne blízkymi bodmi varu. Jedna z najjednoduchších možností pre destilačný prístroj je znázornená na obrázku nižšie:
Zmyslom destilačného procesu je, že keď zmes kvapalín vrie, najskôr sa odparia pary ľahšie vriacej zložky. Pary tejto látky po prechode cez chladničku kondenzujú a prúdia do prijímača. Metóda destilácie je široko používaná v ropnom priemysle počas primárnej rafinácie ropy na rozdelenie ropy na frakcie (benzín, petrolej, nafta atď.).
Destilačná metóda tiež produkuje vodu očistenú od nečistôt (predovšetkým solí). Voda, ktorá bola prečistená destiláciou, sa nazýva destilovaná voda.
