Разделение смесей

|

Химия

Для того, чтобы создать лекарства, синтетические ткани, пластмассы, пищевые добавки нужно использовать определенные чистые вещества. Но абсолютно чистых веществ в природе нет, они встречаются в виде смесей.
Алёна Никифорова
Курирую урок, все предложения пишите в комментариях под уроком или личным сообщением
С развитием науки пополнялся список способов разделения смесей. И в настоящее время не найти промышленного производства, где бы не разделяли смеси.
Разделение используется для выделения всех компонентов из смеси, а очистка для выделения одного компонента из смеси.

Способы разделения смесей делятся на химические (разделение основано на разнице в химических свойствах) и физические (разделение основано на разнице в физических свойствах). Неоднородные смеси разделять легче, чем однородные. К распространенным способам разделения неоднородных смесей относятся отстаивание, фильтрование, применение магнита. К распространенным способам разделения однородных смесей относятся выпаривание, кристаллизация, плавление, возгонка, перегонка, хроматография.
Содержание
Хотите делать уроки с нами?
Вводное тестирование
Проверь готовность к уроку
Начать тест
Примесь - это
Далее
Проверить
Показать результаты
Выберите верное утверждение

Далее
Проверить
Показать результаты
Однородной смесью является
Далее
Проверить
Показать результаты
Неоднородной смесью является
Далее
Проверить
Показать результаты
Хм...
Ты еще не готов к этому уроку
Заново
Молодец
Начинай изучать урок
Заново
Отлично
Полный вперёд!
Заново

Методы разделения

Разделение смеси используют для выделения всех ее составляющих в чистом виде. При очистке выделяют одно вещество, а примеси удаляют.
Так как вещества в смеси сохраняют свои свойства, то все способы разделения смесей основаны на различиях в физических и химических свойствах компонентов, входящих в смесь.
Химические методы
Химические методы разделения основаны на разнице в химических свойствах. При разделении к смеси добавляют реагент, протекает химическая реакция с участием реагента и определенных компонентов в смеси, появляются новые компоненты.
Физические методы
Физические методы разделения основаны на разнице в физических свойствах – здесь к смеси не будут добавлять реагентов, следовательно, не будет химических превращений. Легче разделять неоднородные смеси, так как их частицы видны невооруженным глазом.

В этом уроке будут разобраны самые распространенные физические способы разделения смесей.

Разделение гетерогенных смесей

Самыми распространенными способ разделения гетерогенных смесей являются отстаивание, фильтрование, действие магнитом. Эти способы разделения широко используются в промышленных масштабах.
Отстаивание и декантация
Отстаивание – один из самых простых способов разделения неоднородных систем, основанный на различной плотности компонентов. Более плотный компонент в смеси будет иметь большую массу, следовательно, на него будет оказываться большая сила тяжести, поэтому этот компонент смеси первый пойдет ко дну. Используется для разделения неоднородных смесей жидкого и твердого вещества или двух жидкостей.

Декантация – отделение твердой фазы суспензии/взвеси от жидкой фазы, осуществляемое выливанием раствора с осадка после отстаивания.
При отстаивании смеси жидкости и твёрдого вещества на дне сосуда оседает вещество с большей плотностью. Верхний слой осторожно отделяют. Таким способом можно разделить смесь мела и воды, песка и воды.
Также декантация – отделение двух несмешивающихся жидкостей, осуществляемое сливанием более плотной жидкости после отстаивания.
Для разделения смеси двух жидкостей (растительное масло и вода, бензин и вода, нефть и вода) используется делительная воронка — сосуд с краном внизу. Сливают сначала более тяжёлый нижний слой, а затем — лёгкий верхний. Подобным образом в деревнях отделяли сливки от молока.
Отстаивание и декантация
В первых двух случаях показаны по два сосуда, чтобы показать, как с течением времени из-за различной плотности вещества разделяются на слои.

1) Твердые нерастворимые вещества разной плотности (железные и древесные опилки)
2) Твердые вещества, одно из которых растворимо (соль и опилки)
3) Несмешивающиеся жидкости с разной плотностью (нефть и вода)
Разделение взвеси с помощью отстаивания
Разделение двух несмешивающихся жидкостей с помощью отстаивания
Фильтрование
Фильтрование — это отделение жидкости или газа от взвешенных в них твёрдых частиц при пропускании через пористые материалы (фильтры). Этот способ разделения основан на различной растворимости и различных размерах частиц. Фильтры задерживают частицы, если их размеры больше размера пор. Для фильтрования можно использовать специальную бумагу, ткань, марлю, вату, песок, уголь, пористую керамику.
Простейший прибор для фильтрования состоит из воронки с фильтром и сосуда для собирания фильтрата. При использовании бумажного фильтра смесь осторожно наливают в воронку по стеклянной палочке. Вода проходит через фильтр, а частицы твёрдого вещества задерживаются на нём. Для ускорения процесса фильтрования скошенный конец воронки следует прижать к стенке химического стакана.
В лабораториях этим способом отделяют образовавшиеся в реакциях осадки.

Фильтрование используется в промышленности (в производстве растительного масла, творога). В качестве фильтров там используются ткани.

На одной из стадий очистки питьевой воды в водопроводах её пропускают через слой чистого песка. В домашних условиях для очистки питьевой воды применяется бытовой фильтр.

С помощью фильтрования очищают воздух от примесей. На фильтровании воздуха основана работа пылесоса, противогаза. Для удаления нежелательных примесей часто используют адсорбенты.
Простой прибор для фильтрования
Механизм фильтрования
Разделение смеси с помощью фильтрования
Применение магнита
Смесь также можно разделить действием магнита. Этот способ разделения основан на различных магнитных свойствах. Один из компонентов смеси притягивается к магниту, а остальные нет. Этот метод используется в производстве, чтобы разделить железо от пустой породы.
Разделение смеси действием магнита
Проверь себя
Какой из приборов нужен, чтобы отделить воду от нефти
Далее
Проверить
Показать результаты
Какой способ разделения основан на различной плотности компонентов смеси
Далее
Проверить
Показать результаты
Какую смесь можно разделить фильтрованием
Далее
Проверить
Показать результаты
Надо еще позаниматься
Заново
Молодец, двигайся дальше
Заново
Изобретение противогаза
В 1915 году известный русский ученый-химик Н. Д. Зелинский предложил для очищения отравленного воздуха использовать изобретённый им активированный древесный уголь, в котором при помощи специальной обработки создавалось большое количество пор. Технологом завода «Треугольник» М.И. Куммантом была разработана резиновая маска, защищающая лицо от действия отравляющих веществ. Именно это устройство, состоящее из резиновой маски и фильтрующей коробки, в которой был помещен активированный уголь, и получило название "противогаз". В противогазах воздух проходит через слой активированного угля, который имеет много мелких пор и способен поглощать газообразные и растворённые вещества. Так при вдыхании с помощью угля отравленный воздух фильтруется: отравленные вещества остаются на угле, воздух пригодный для дыхания поступает человеку.

Разделение гомогенных систем

Разделить однородные (гомогенные) смеси сложнее, так как их частицы не видны. Такие смеси устойчивые и не разделяются при долгом хранении. Для разделения однородных смесей могут быть использованы другие способы: выпаривание, кристаллизация, плавление, возгонка, перегонка (дистилляция), хроматография.
Выпаривание
Выпаривание используется для выделения твердых веществ из растворов. Раствор помещается в фарфоровую чашку и нагревают. По мере испарения растворителя (например, воды) на стенках чашки образуются мелкие кристаллы твердого вещества. При этом твердое вещество не должно разлагаться при нагревании.
Разделение смеси с помощью выпаривания
Установка для выпаривания
Кристаллизация
Кристаллизация применяется для выделения крупных кристаллов твёрдого вещества. Воду испаряют лишь частично. Горячий раствор оставляют открытым на длительное время. Вода медленно испаряется, и из раствора выпадают кристаллы вещества.
Кристаллизация. Выращивание кристаллов
Перекристаллизация
Перекристаллизация основана на различной растворимости и температуре кипения, её используют для очистки твердых веществ от примесей. Смесь растворяют в воде или другом растворителе и нагревают. По мере нагревания необходимое вещество растворяется, а примеси нет. Потом раствор аккуратно сливают в другой сосуд и охлаждают. При охлаждении выделяемое твердое вещество выпадает в осадок, который потом отфильтровывают. Может быть обратная ситуация: смесь растворяют в горячем растворителе, выделяемое вещество имеет меньшую растворимость, чем примеси и первым кристаллизуется из раствора, однако тогда нельзя допускать испарение воды, чтобы очистка была более эффективной.

Выпаривание и кристаллизация используются для выделения солей из морской воды и соленых озер, при производстве сахара. Также кристаллизация используется в лабораториях для очистки твердых веществ от примесей.
Разделение смеси с помощью перекристаллизации
Кристаллы медного купороса (CuSO4*5H2O)
Плавление
Плавление и последующая кристаллизация используются для получения сверхчистых металлов, необходимых, например, для надежной работы ядерных реакторов. Метод основан на различной температуре плавления веществ. Твердую смесь плавят. В ходе плавления необходимое веществ (металл) принимает жидкое агрегатное состояние, а примеси нет. Эту жидкую фазу отделяют и охлаждают.
Разделение смесей с помощью плавления с последующей кристаллизацией
Плавление золота
Возгонка
Возгонка (сублимация) и последующую после охлаждения кристаллизацию используют для очистки веществ с низкой температурой возгонки, например кристаллического йода.

При нагревании твердой смеси необходимое вещество возгоняется и принимает газообразное состояние, потом его охлаждают. Отличительной особенностью сублимации является то, что вещество, подвергнутое возгонке, переходит из твердого состояния в газ, минуя жидкую стадию.
Разделение смеси с помощью возгонки (сублимации) с последующей кристаллизацией
Возгонка кристаллического йода
Перегонка
Перегонка (дистилляция) — разделение жидких однородных смесей, основанное на различных температурах кипения жидкостей.

Простейший прибор для дистилляции состоит из двух сосудов (например, пробирок), пробки с газоотводной трубкой и стакана с холодной водой для охлаждения паров. Смесь нагревается в одном сосуде, а пары более летучего вещества конденсируются в другом. Так можно отделить жидкость от растворённых в ней веществ.

В более сложных приборах для охлаждения паров используют специальный холодильник, через кожух которого проходит проточная вода. При нагревании смеси сначала испаряется вещество с самой низкой температурой кипения. Его пары охлаждаются в холодильнике, и в сосуде собирается чистое вещество. Затем нагревание усиливают и отделяют следующее вещество с более высокой температурой кипения.

Применение перегонки (дистилляции)
1) В химических лабораториях при производстве лекарств таким методом получают дистиллированную воду (без примесей растворённых солей).
2) Перегонка используется для опреснения морской воды в тех странах, где питьевой воды не хватает.
3) Перегонка является одним из основных способов переработки нефти. С помощью перегонки из неё выделяют разные виды топлива.
Прибор для перегонки с водяным холодильником
Прибор для простой перегонки
Разделение смеси с помощью перегонки (дистилляции)
Хроматография
Хроматография – метод разделения смесей, основанный на распределении веществ между двумя фазами подвижной и неподвижной.

Рассмотрим принцип хроматографии на примере колоночной хроматографии. Хроматографическую колонку забивают определенным твердым веществом, которое будет исполнять роль неподвижной фазы. Через это вещество пропускают жидкое вещество (элюент), которое будет исполнять роль подвижной фазы, со смесью веществ. Элюент меньше всего связывается с неподвижной фазой, поэтому из колонки всегда выходит первым. Потом из колонки выходит тот компонент смеси, который лучше связывался с подвижной фазой (элюентом) и слабо связывался с неподвижной фазой. Так компоненты смеси выходят по очереди, самым последним из колонки выйдет компонент, который более слабо связывался с подвижной фазой и более сильно с неподвижной фазой.

С помощью хроматографии можно разделять жидкие и газовые смеси, даже те, разделение которых другими методами разделения невозможно. Хроматография используется в химической, фармацевтической, пищевой промышленности, для очистки растворов, а также удаления солей из сахарных сиропов и молока. С помощью хроматографии можно выделять ценные соединения из природных растворов и отработанных вод производств. В химических лабораториях хроматография также используется для качественного и количественного определения состава смесей.
Хроматография растительных компонентов
Механизм хроматографии
Разделение смеси методом хроматографии
Проверь себя
Метод, позволяющий разделить жидкие однородные растворы
Далее
Проверить
Показать результаты
Для выделения веществ из однородной смеси можно использовать
Далее
Проверить
Показать результаты
Метод, позволяющий выделить кристаллический иод из смеси
Далее
Проверить
Показать результаты
Метод, в котором есть понятия: "неподвижная и подвижные фазы"
Далее
Проверить
Показать результаты
Надо еще позаниматься
Заново
Молодец, двигайся дальше
Заново
Открытие дистилляции путем подражания природе
Наблюдая за природой, можно заметить как под действием солнца образуются водяные пары, которые оседают затем под влиянием холода. Этот круговорот веществ в природе можно считать огромным перегонным аппаратом, расположенным у нас над головой и конденсирующим влагу под нашими ногами. Такого мнения придерживался греческий философ Аристотель . Он написал в своей работе «Метеорология» следующее: «Морская вода становится питьевой благодаря испарению. Ему может быть подвергнута любая влага. После превращения в пары, она вновь становится жидкой.»

Можно предположить, что, пытаясь воспроизвести в миниатюре круговорот воды в природе, наши предки создали первый очень примитивный перегонный аппарат и открыли дистилляцию.

Однако дистилляция воды не представляла особого интереса, ведь перегоняя воду, можно получить только воду. Поэтому античные люди обратились к перегонке других жидкостей. Но это еще не были спиртные напитки.
Открытие хроматографии
Открытие хроматографии относится ко времени завершения русским учёным Михаилом Семеновичом Цветом работы над магистерской диссертацией в Петербурге и первому периоду работы в Варшаве . Исследуя пигменты растений, Цвет пропустил раствор смеси очень мало различающихся по цвету пигментов через трубку, заполненную адсорбентом - порошкообразным карбонатом кальция, и промыл затем адсорбент чистым растворителем. Отдельные компоненты смеси при этом разделились и образовали цветные полосы. Согласно современной терминологии Цвет открыл проявительный вариант хроматографии (проявительную жидкостно-адсорбционную хроматографию). Основные итоги исследований по развитию созданного им варианта хроматографии Цвет изложил в книге "Хромофиллы в растительном и животном мире" , которая является его докторской диссертацией.

Промышленное разделение

Разделение воздуха
Воздух представляет собой однородную смесь газов. Воздух состоит из азота (78,03 % об.), кислорода (20,95 % об.), аргона (0,94% об.) и других газов.

Разделение воздуха на его составляющие основано на различиях в физических свойствах газов - температурах кипения. Воздух глубоко охлаждают при повышенном давлении, воздух из газообразного состояния становится жидкостью. Каждый газ имеет свою температуру кипения: кислород (-182,95 оС), аргон ( - 185,70 оС), азот (-195,80 оС). Так постепенно нагревая жидкость из воздуха, выделяют составляющие его газы.

Азот и аргон вступают в химическую реакцию с ограниченным количеством веществ и при определенных условиях, поэтому их часто используют при продувке аппаратов и создании инертной среды. Аргон применяется для заполнения внутреннего пространства в лампах накаливания. Азот используется при получении аммиака. Кислород используется в промышленности на стадиях окисления.
Переработка нефти
Нефть – жидкая природная однородная смесь веществ, из которой получают важнейшие продукты путем фракционной перегонки (первичная переработка): бензин, лигроин, керосин, газойль, мазут. Из продуктов первичной переработки нефти получают дизельное топливо и различные смазочные масла. Нефть является ценным химическим сырьем. После вторичной переработки нефти получают вещества, которые используются для производства других веществ и материалов: пластмасс, синтетического каучука, красителей, лекарств , взрывчатых веществ и др.

Сначала добытая нефть подвергается первичной сепарации, где нефть очищают от нефтяного газа, воды и механических примесей. Механические примеси вызывают уменьшение срока службы аппаратов, а вода с нефтью образует эмульсию, которая плохо поддается перегонке. После первичной сепарации очищенная нефть идет на фракционную перегонку, где нефть разделяется на фракции по температурам кипения.
Нефть
Ископаемые угли
Ископаемые угли – ценный природный материал, содержащий почти все элементы таблицы Менделеева. Поэтому уголь используют не только как топливо, но и для получения многих необходимых веществ таких как, аммиак, разные фенолы, смолы, лёгкие масла, нафталины, коксовый газ.

Сначала ископаемые угли подвергаются сухой перегонке – прокаливанию при высокой температуре (1000 оС) без доступа воздуха, в результате чего получают кокс, каменноугольную смолу и коксовый газ. Дальше продукты прокаливания идут на дальнейшую переработку с получением, как и у нефти ценных химических соединений.
Проверь себя
Разделение воздуха основано на
Далее
Проверить
Показать результаты
Что не относится к продуктам первичной переработки нефти
Далее
Проверить
Показать результаты
Для ископаемых углей проводят прокаливание при высокой температуре без доступа к воздуху, которое называется
Далее
Проверить
Показать результаты
Надо еще позаниматься
Заново
Молодец, двигайся дальше
Заново

Резюме

Физические способы разделения смесей нашли широкое употребление в промышленности и в лабораториях. Если бы способов разделения смесей не было, то люди не смогли бы получить чистые вещества, открыть новые соединения и реакции. Также разделение смесей позволило продлить срок службы аппаратов производств, так как из смеси первым делом стали удалять примеси, которые приводили в негодность аппаратуру.

Кратко повторим

1
Разделение смеси основано на различиях в свойствах компонентов смеси.
2
Выделяют химические и физические методы разделения.
3
Неоднородные смеси легко разделить. Их делят отстаиванием с последующей декантацией, фильтрованием или действием магнита.
4
Однородные смеси разделить сложнее. Для выделения чистых веществ из них используют выпаривание, кристаллизацию, плавление, возгонку (сублимацию), перегонку (дистилляцию) или хроматографию.
5
Разделение воздуха и нефти основано на различных температурах кипения компонентов. Для их разделения используют фракционную перегонку. Каменный уголь подвергают сухой перегонке.
Выходное тестирование
Проверь как изучил урок
Начать тест
Выберите неверное утверждение
Далее
Проверить
Показать результаты
Выберите верное утверждение
Далее
Проверить
Показать результаты
Выберите верное утверждение
Далее
Проверить
Показать результаты
Хлорид натрия можно выделить из его водного раствора с помощью
Далее
Проверить
Показать результаты
Какую смесь можно разделить фильтрованием
Далее
Проверить
Показать результаты
Хм...
Ты еще не готов к этому уроку
Заново
Молодец
Начинай изучать урок
Заново

Урок разработали

Можно копировать, распространять, улучшать, при условии указания авторства, ссылки на урок и сохранения данной лицензии у производного материала
Под свободной лицензией
CC-BY-SA-4.0
АВТОР
РЕДАКТУРА
ОФОРМЛЕНИЕ
ИСПОЛЬЗОВАЛИ
  • Химия. 8 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений/ О.С. Габриелян. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2013. – 286 с.
  • Химия: 8 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений/ Н.Е.Кузнецов, И.М.Титова, Н.Н. Гара. – 4-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2012. – 256 с.
  • Курс коллоидной химии: учеб. для вузов/ Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1984. -368 с.
  • Сайты: foxford.ru ,Wikipedia.ru , yaklass.ru, youtube.com ,chem-oge.sdamgia.ru

Помогите улучшить

Мы рады любой помощи по улучшению урока. Пишите комментарии с предложениями, отмечайте понятные или непонятные элементы урока.
Made on
Tilda