Примеры отстаивания в домашних условиях. Химические и физические способы разделения смесей

Материал урока содержит сведения о различных способах разделения смесей и очистки веществ. Вы научитесь использовать знания о различиях свойств компонентов смеси для выбора оптимального метода разделения данной смеси.

Тема: Первоначальные химические представления

Урок: Методы разделения смесей и очистки веществ

Определим различие между «методами разделения смесей» и «методами очистки веществ». В первом случае важно получить в чистом виде все составляющие смесь компоненты. При очистке вещества получением в чистом виде примесей, как правило, пренебрегают.

ОТСТАИВАНИЕ

Как разделить смесь, состоящую из песка и глины? Это одна из стадий в керамическом производстве (например, в производстве кирпичей). Для разделения такой смеси используют метод отстаивание. Смесь помещают в воду и перемешивают. Глина и песок с разной скоростью оседают в воде. Поэтому песок осядет значительно быстрее глины (Рис.1).

Рис. 1. Разделение смеси глины и песка методом отстаивания

Метод отстаивания используют также для разделения смесей нерастворимых в воде твердых веществ с разной плотностью. Например, так можно разделить смесь железных и древесных опилок (древесные опилки в воде всплывут, а железные осядут).

Смесь растительного масла и воды тоже можно разделить методом отстаивания, т.к масло не растворяется в воде и имеет меньшую плотность (Рис. 2). Таким образом, отстаиванием можно разделять смеси нерастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью.

Рис. 2. Разделение смеси растительного масла и воды методом отстаивания

Для разделения смеси поваренной соли и речного песка можно воспользоваться методом отстаивания (при смешении с водой соль растворится, песок осядет), но надежнее будет отделить песок от раствора соли другим методом – методом фильтрования.

Фильтрование данной смеси можно провести с помощью бумажного фильтра и воронки, опущенной в стакан. Крупинки песка остаются на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр. В данном случае речной песок – это осадок, а раствор соли – фильтрат (Рис. 3).

Рис. 3. Использование метода фильтрования для отделения речного песка от раствора соли

Фильтрование можно проводить не только с помощью фильтровальной бумаги, но и с использованием других пористых или сыпучих материалов. Например, к сыпучим материалам относится кварцевый песок, а к пористым – стекловата и обожженная глина.

Некоторые смеси можно разделить с помощью метода «горячее фильтрование». Например, смесь порошков серы и железа. Железо плавится при температуре более 1500 С, а сера – около 120 С. Расплавленную серу можно отделить от порошка железа с помощью подогреваемой стекловаты.

Выделить соль из фильтрата можно с помощью выпаривания, т.е. нагреть смесь и вода испарится, а соль останется на фарфоровой чашке. Иногда применяют упаривание, частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворенное вещество выделяется в виде кристаллов.

Если в смеси присутствует вещество, способное к намагничиванию, то его легко выделить в чистом виде с помощью магнита. Например, так можно разделить смесь порошков серы и железа.

Эту же смесь можно разделить еще одним методом, используя знание о смачиваемости компонентов смеси водой. Железо смачивается водой, т.е. вода растекается по поверхности железа. Сера же водой не смачивается. Если поместить в воду кусок серы, то он утонет, т.к. плотность серы больше плотности воды. А вот порошок серы всплывет, т.к. к несмачивающимся водой крупинкам серы прилипают пузырьки воздуха и выталкивают их на поверхность. Для разделения смеси нужно поместить ее в воду. Порошок серы всплывет, а железо утонет (Рис. 4).

Рис. 4. Разделение смеси порошков серы и железа методом флотации

Метод разделения смесей, основанный на различии смачиваемости компонентов, называется флотацией (франц. flotter – плавать). Рассмотрим еще несколько методов разделения и очистки веществ.

Один из древнейших методов разделения смесей – перегонка (или дистилляция). С помощью этого метода можно разделять компоненты, растворимые друг в друге, имеющие разные температуры кипения. Именно таким способом получают дистиллированную воду. Воду с примесями кипятят в одном сосуде. Образующиеся водяные пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде в виде уже дистиллированной (чистой) воды.

Рис. 5. Получение дистиллированной воды

Близкие по свойствам компоненты можно разделить с помощью метода хроматографии. Этот способ основан на различном поглощении разделяемых веществ поверхностью другого вещества.

Например, красные чернила можно разделить на компоненты (воду и красящее вещество) посредством хроматографии.

Рис. 6. Разделение красных чернил методом бумажной хроматографии

В химических лабораториях хроматографию осуществляют с помощью специальных приборов – хроматографов, основные части которого – хроматографическая колонка и детектор.

Для очистки некоторых веществ в химии широко используется адсорбция. Это накопление одного вещества на поверхности другого вещества. К адсорбентам относится, например, активированный уголь.

Попробуйте опустить таблетку активированного угля в сосуд с подкрашенной водой, перемешайте, отфильтруйте и увидите, что фильтрат стал бесцветным. Атомы угля притягивают к себе молекулы, в данном случае, красителя.

В настоящее время адсорбция широко применяется для очистки воды и воздуха. Например, фильтры для очистки воды содержат в качестве адсорбента активированный уголь.

1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006.

2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с.10-11)

3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005.(§4)

4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобр. учреждений / Г.Е. Рудзитис, ФюГю Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§2)

5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Дополнительные веб-ресурсы

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().

2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().

Домашнее задание

Из учебника П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» с. 33 №№ 2,4,6,Т.

Способы разделения смесей

Большинство веществ на нашей планете находятся не в чистом виде, а в соединениях и смесях, вместе с другими веществами.

Так, в состав гранита входят три вещества, заметные невооруженным глазом.

А вот молоко кажется нам однородным до тех пор, пока не прокиснет. Кислое

молоко разделяется на прозрачную сыворотку и белый плотный осадок – белок

казеин. Человек давно использует эти вещества , входящие в молоко, выделяя их

из смеси. Из нерастворимого белка – казеина готовят творог, а растворимые

сывороточные белки используют для лечебного питания.

Какими же способами можноразделить смеси?

1. Если вещество нерастворимо в воде, например крупы (рис, гречка, манка и др.), речной песок, мел, глина, то можно воспользоваться методом фильтрования.

Фильтрование- процеживание жидкостей (газов) через фильтр с целью их очистки от твердых примесей.

1. Складываем фильтр. Помещаем его в воронку, слегка смочив водой.

2. Вставляем воронку с фильтром в колбу.

3. Пропускаемсмесь нерастворенного вещества и воды через фильтр.

Вывод. Очищенная фильтрованием вода свободно прошла через фильтр; на фильтре осталось нерастворимое в воде вещество.

2. Если твердое вещество растворимо в воде (поваренная соль, сахар, лимонная кислота), то для разделения смеси можно применить метод выпаривания.

Выпаривание- выделение растворенных в жидкости твердых веществ способом ее превращения в пар.

В стакане с водой соль не исчезла, хотя стала невидимой – раствор прозрачен. Выпаривание позволило выделить из смеси веществ (воды и соли) растворенное в воде вещество. На стекле видны кристаллы поваренной соли. При этом подтверждается вывод о том, что каждое вещество (и вода, и соль) смеси сохраняет свои свойства .

Вывод. Из раствора можно выделить растворимые вещества.

3 .Для разделения жидкостей растворимых друг в друге, получения чистой (без примесей) воды используют метод дистилляции

(или перегонки)

Дистилляция- перегонка, разделение содержащихся в жидких смесях веществ по температурам кипения с последующим охлаждением пара.

В природе вода в чистом виде (без солей) не встречается. Океаническая, морская, речная, колодезная и родниковая вода – это разновидности растворов солей в воде. Однако часто людям необходима чистая вода, не содержащая солей (используется в двигателях автомобилей; в химическом производстве для получения различных растворов и веществ; при изготовлении фотографий). Такую воду называют дистиллированной, а способ ее получения – дистилляцией.

Нагреем над пламенем спиртовки водопроводную воду в пробирке, закрытой пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки опустим в чистую сухую пробирку, помещенную в стакан со льдом. На дне и стенках пробирки, находящейся в стакане со льдом, появятся капли дистиллированной (очищенной от солей и примесей) воды.

Задание

1. Загляни в пустой чайник, в котором кипятят воду. Есть ли на стенках и дне белый налет (накипь) веществ, которые были растворены в воде?

2. С крышки чайника, в котором вскипятили воду, стекают капельки воды. В какой воде – на крышке или в самом чайнике – содержится больше солей? Поясни ответ.

3. Как называется процесс, показанный на рисунке?

4. Если в смеси содержится железо, то для его выделения можно воспользоваться магнитом, т.к. железо и его сплавы притягиваются магнитом.

5. Чтобы разделить две несмешивающиеся жидкости (нефть и вода, подсолнечное масло и вода), нужно воспользоваться делительной воронкой.

Жидкость с большей плотностью сольется в стакан, а в делительной воронке останется более легкая жидкость.

Знаете ли вы, какие существуют способы разделения смесей? Не спешите с отрицательным ответом. Многие из них вы применяете в своей повседневной деятельности.

Чистое вещество: что это такое

Атомы, молекулы, вещества и смеси - это основные химические понятия. Что они обозначают? В таблице Д. И. Менделеева 118 химических элементов. Это различные типы элементарных частиц - атомов. Они отличаются между собой массой.

Соединяясь между собой, атомы образуют молекулы, или вещества. Последние, соединяясь между собой, образуют смеси. Чистые вещества имеют постоянный состав и свойства. Это однородные структуры. Но их можно разделить на составляющие посредством химических реакций.

Ученые утверждают, что чистых веществ в природе практически не существует. Незначительное количество примесей есть в каждом из них. Это происходит потому, что большинство веществ отличаются активностью. Даже металлы, погруженные в воду, растворяются в ней на уровне ионов.

Состав чистых веществ всегда постоянный. Изменить его просто невозможно. Так, если в молекуле углекислого газа увеличить количество углерода или кислорода, это будет уже совсем другое вещество. А в смеси можно увеличить или уменьшить количество компонентов. Это изменит ее состав, но не факт существования.

Что такое смесь

Совокупность нескольких веществ называют смесью. Они могут быть двух видов. Если отдельные компоненты в смеси неразличимы, ее называют однородной, или гомогенной. Есть еще одно название, которое чаще всего применяется в быту - раствор. Компоненты такой смеси нельзя разделить физическими методами. К примеру, из соляного раствора не получится механически извлечь кристаллы, которые в нем растворены. В природе встречаются не только жидкие растворы. Так, воздух - это газообразная однородная смесь, а сплав металлов - твердая.

В неоднородных, или гетерогенных смесях отдельные частицы различимы невооруженным глазом. Они отличаются друг от друга составом и свойствами. Это значит, что отделить их друг от друга можно чисто механически. С такой задачей прекрасно справилась Золушка, которую злая мачеха заставила отделить фасоль от гороха.

Химия: способы разделения смесей

В быту и природе встречается огромное количество смесей. Как правильно подобрать способ их разделения? Он обязательно должен быть основан на физических свойствах отдельных компонентов. Если вещества имеют разную температуру кипения, то эффективными будут выпаривание с последующей кристаллизацией, а также дистилляция. Такие способы применяют для разделения гомогенных растворов. Для разделения неоднородных смесей используют различие в других свойства их составляющих: плотности, смачиваемости, растворимости, размерах, магнитности и т. д.

Физические способы разделения смесей

При отделении компонентов смеси состав самих веществ не изменяется. Поэтому нельзя назвать способы разделения смесей химическим процессом. Так, путем отстаивания, фильтрования и воздействия магнитом можно разделить отдельные компоненты механически. В лаборатории при этом используются различные приборы: делительная воронка, фильтровальная бумага, магнитные полосы. Это способы разделения неоднородных смесей.

Просеивание

Этот способ является, пожалуй, самым простым. С ним знакома каждая домохозяйка. Основан он на различии в размерах твердых компонентов смеси. Просеивание применяется в быту при отделении муки от примесей, личинок насекомых и различных загрязнений. В сельскохозяйственном производстве таким образом очищают зерна злаков от постороннего мусора. Строители просеивают смесь песка и гравия.

Отстаивание

Этот способ разделения смесей применяется для компонентов с различной плотностью. Если песок попал в воду, полученный раствор нужно хорошо перемешать и оставить на некоторое время. То же можно сделать со смесью воды и растительного масла или нефти. Песок осядет на дно. А вот масло, наоборот, будет собираться сверху. Такой способ наблюдается в быту и природе. К примеру, из дыма оседает сажа, из тумана - отдельные капли росы. А если оставить домашнее молоко на ночь, то к утру можно будет собрать сливки.

Фильтрование

Любители заварного чая применяют этот метод ежедневно. Речь идет о фильтровании - способе разделения смесей, основанном на различной растворимости компонентов. Представьте, что в воду попали железные опилки и соль. Крупные нерастворимые частицы останутся на фильтре. А растворенная соль пройдет сквозь него. Принцип этого метода лежит в основе работы пылесосов, действия респираторных масок и марлевых повязок.

Действие магнитом

Предложите способ разделения смесей порошков серы и железа. Естественно, это действие магнитом. Все ли металлы способны к этому? Вовсе нет. По степени восприимчивости различают три группы веществ. К примеру, золото, медь и цинк не прикрепятся к магниту. Они входят в группу диамагнетиков. Слабым восприятием отличаются магний, платина и алюминий. А вот если в состав смеси входят ферромагнетики, то этот метод будет самым эффективным. К ним относятся, например, железо, кобальт, никель, тербий, гольмий, тулий.

Выпаривание

Какой способ разделения смесей подойдет для водного однородного раствора? Это выпаривание. Если у вас есть только соленая вода, а нужна чистая - не стоит сразу расстраиваться. Нужно нагреть смесь до температуры кипения. В результате вода испарится. А на дне посуды будут видны кристаллы растворенного вещества. Чтобы собрать воду, ее необходимо конденсировать - перевести из газообразного состояния в жидкое. Для этого пары охлаждаются, касаясь поверхности с меньшей температурой, и стекают в приготовленную тару.

Кристаллизация

В науке данный термин рассматривается в более широком значении. Это не просто метод получения чистых веществ. По своей природе кристаллами являются айсберги, минералы, кости и зубная эмаль.

Их рост происходит при наличии одинаковых условий. Кристаллы формируются в результате охлаждения жидкостей или перенасыщения пара, а в дальнейшем температура уже не должна меняться. Таким образом, сначала достигаются некоторые предельные условия. В результате возникает центр кристаллизации, вокруг которого собираются атомы жидкости, расплава, газа или стекла.

Дистилляция

Наверняка вы слышали о воде, которую называют дистиллированной. Эта очищенная жидкость необходима для изготовления лекарственных средств, лабораторных исследований, систем охлаждения. А получают ее в специальных приборах. Они называются дистилляторами.

Дистилляция - это способ разделения смесей веществ с разной температурой кипения. В переводе с латинского языка термин означает "стекание каплями". С помощью этого метода, к примеру, можно выделить спирт и воду из раствора. Первое вещество начнет закипать при температуре +78 о С. Пары спирта в дальнейшем конденсируются. Вода же останется в жидком виде.

Подобным способом из нефти получают продукты ее переработки: бензин, керосин, газойль. Этот процесс не является химической реакцией. Нефть разделяется на отдельные фракции, каждая из которых имеет свою температуру кипения. Происходит это в несколько этапов. Сначала осуществляется первичная сепарация нефти. Ее очищают от попутного газа, механических примесей и водяных паров. На следующем этапе полученный продукт помещают в ректификационные колонны и начинают нагревать. Это и есть атмосферная перегонка нефти. При температуре менее 62 градусов улетучиваются остатки попутного газа. Нагревая смесь до 180 градусов, получают бензиновые фракции, до 240 - керосин, до 350 - дизельное топливо. Остатком термической переработки нефти является мазут, который используют в качестве смазочного материала.

Хроматография

Этот метод получил название по фамилии ученого, который впервые использовал его. Звали его Михаил Семенович Цвет. Первоначально метод применяли для разделения пигментов растений. А дословно хроматография переводится с греческого языка как "пишу цветом". Опустим фильтровальную бумагу в смесь воды и чернил. Первая сразу начнет впитываться. Это обусловлено разной степенью адсорбирующих свойств. При этом также учитывается диффузия и степень растворимости.

Адсорбция

Некоторые вещества обладают способностью притягивать молекулы другого вида. К примеру, мы принимаем активированный уголь при отравлении, чтобы избавиться от токсинов. Для этого процесса необходима поверхность раздела, которая находится между двумя фазами.

Этот способ применяют в химической промышленности при выделении бензола из газообразных смесей, очистки жидких продуктов переработки нефти, их очистки от примесей.

Итак, в нашей статье мы рассмотрели основные способы разделения смесей. Человек использует их как в быту, так и в промышленных масштабах. Выбор способа зависит от вида смеси. Важным фактором являются особенности физических свойств ее компонентов. Для разделения растворов, в которых отдельные части визуально неразличимы, используют методы выпаривания, кристаллизации, хроматографию и дистилляцию. Если отдельные компоненты можно определить, такие смеси называют неоднородными. Для их разделения применяют способы отстаивания, фильтрования и действия магнитом.

1. Заполните пропуски в тексте, используя слова "компоненты", "различиях", "двух", "физических".

Смесь может быть приготовлена путем смешивания как минимум двух веществ. Смеси могут быть разделены на отдельные компоненты с помощью физических методов, основанных на различиях физических свойствах компонентов.

2. Допишите предложения.

а) Метод отстаивания основан на том, что частички твердого вещества достаточно крупныеЮ они быстро оседают на дно, а жидкость можно осторожно слить с осадка.

б) Метод центрифугирования основан на действиии центробежной силы - более тяжелые частички оседают, а легкие оказываются сверху.

в) Метод фильтрования основан на пропускании раствора твердого вещества через фильтр, где твердые частицы задерживаются на фильтре.

3. Вставьте пропущенное слово:

а) мука и сахарный песок - сито; сера и железные опилки - магнит .

б) вода и подсолнечное масло - делительная воронка; вода и речной песок - фильтр .

в) воздух и пыль - респиратор; воздух и ядовитый газ - абсорбент .

4. Составьте перечень необходимого оборудования для фильтрования.

а) бумажный фильтр
б) стакан с раствором
в) стеклянная воронка
г) чистый стакан
д) стеклянная палочка
е) штатив с лапкой

5. Лабораторный опыт. Изготовление обычного и складчатого фильтров из фильтровальной бумаги или бумажной салфетки.

Как вы считаете, через какой фильтр раствор будет проходить быстрее - обычный или складчатый? Почему?

Через складчатый - площадь соприкосновения фильтрования больше, чем у обычного фильтра.

6. Предложите способы разделения смесей, указанных в таблице 16.

Способы разделения некоторых смесей

7. Домашний опыт. Адсорбация активированным углем красящих веществ пепси-колы.

Реактивы и оборудование: газированный напиток, активированный уголь; кастрюля, воронка, фильтровальная бумага, электрическая (газовая) плита.

Ход работы. Налейте в кастрюлю полстакана (100 мл) газированного напитка. Добавьте туда же 5 таблеток активированного угля. Нагревайте кастрюлю в течение 10 мин на плите. Отфильтруйте уголь. Объясните результаты опыта.

Раствор обесцветился з счет поглощения красящих веществ с помощью активированного угля.

8. Домашний опыт. Адсорбация кукурузными палочками паров пахучих веществ.

Реактивы и оборудование : кукурузные палочки, духи или одеколон; 2 одинаковые стеклянные банки с крышками.

Ход работы. В две стеклянные банки капните по капле духов. В одну из банок положите 4-5 кукурузных палочек. Обе банки закройте крышками. Банку, в которой находятся кукурузные палочки, немного потрясите. Для чего?

Для увеличения скорости адсорбации.

Откройте обе банки. Объясните результаты опыта.

В банке, где были кукурузные палочки, нет запаха, так как она адсорбировали запах духов.

Методы разделения смесей

Гетерогенные смеси типов газ-жидкость, жидкость-твёрдое, газ-твёрдое неустойчивы во времени под действием силы тяжести. В таких смесях составные компоненты с меньшей плотностью постепенно поднимаются вверх (всплывают), а с большей — опускаются вниз (оседают). Такой процесс самопроизвольного разделения смесей с течением времени называют отстаиванием . Так, например, смесь мелкого песка и воды довольно быстро самопроизвольно делится на две части:

Для ускорения процесса осаждения вещества с большей плотностью из жидкости в лабораторных условиях чаще прибегают к более продвинутой версии метода отстаивания — центрифугированию . Роль силы тяжести в центрифугах играет центробежная сила, всегда возникающая при вращении. Поскольку центробежная сила напрямую зависит от скорости вращения, ее можно делать многократно больше силы тяжести, просто увеличивая число оборотов центрифуги в единицу времени. Благодаря этому достигается намного более быстрое по сравнению с отстаиванием разделение смеси.

После отстаивания или центрифугирования надосадочную жидкость можно отделить от осадка методом декантации — аккуратным сливанием жидкости с осадка.

Разделить смесь двух нерастворимых друг в друге жидкостей (после ее отстаивания) можно с помощью делительной воронки, принцип действия которой понятен из следующей иллюстрации:

Для разделения смесей веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях, помимо отстаивания и центрифугирования также широко используют фильтрование. Метод заключается в том, что фильтр обладает различной пропускной способностью по отношению к компонентам смеси. Чаще всего это связано с различным размером частиц, но также может быть еще обусловлено тем, что отдельные компоненты смеси сильнее взаимодействуют с поверхностью фильтра (адсорбируются им).

Так, например, взвесь твердого нерастворимого порошка с водой можно разделить, используя пористый бумажный фильтр. Твердое вещество остается на фильтре, а вода проходит через него и собирается в в емкости, расположенной под ним:

В некоторых случаях гетерогенные смеси могут быть разделены благодаря разным магнитным свойствам компонентов. Так, например, смесь порошков серы и металлического железа можно разделить с помощью магнита. Частицы железа в отличие от частиц серы притягиваются и удерживаются магнитом:

Разделение компонентов смеси с применением магнитного поля называют магнитной сепарацией .

Если смесь представляет собой раствор тугоплавкого твердого вещества в какой-либо жидкости, выделить это вещество из жидкости можно выпариванием раствора:

Для разделения жидких гомогенных смесей используют метод, называемый дистилляцией, или перегонкой . Данный способ имеет принцип действия, схожий с выпариванием, но позволяет отделять не только летучие компоненты от нелетучих, но также и вещества с относительно близкими температурами кипения. Один из простейших вариантов дистилляционных аппаратов представлен на рисунке ниже:

Смысл процесса дистилляции заключается в том, что при кипении смеси жидкостей первыми улетучиваются пары более легкокипящего компонента. Пары этого вещества после прохождения через холодильник конденсируются и стекают в приемник. Метод дистилляции широко применяется в нефтяной промышленности при первичной переработке нефти для разделения нефти на фракции (бензин, керосин, дизель и т.д.).

Так же методом дистилляции получают очищенную от примесей (прежде всего солей) воду. Воду, прошедшую очистку дистилляцией, называют дистиллированной водой .