Как разделить спирт и воду поясните на каких свойствах основано разделение
Вовсе не желание употребления спиртных напитков послужило толчком для зарождения спиртовой промышленности. Первыми, кто практически решил вопрос о том, как разделить воду и спирт, были не потребители и даже не производители зелья, а… медики. Спирт несравненно лучший по сравнению с водой растворитель, поэтому на его основе древние восточные лекари с успехом готовили свои снадобья. Метод дистилляции привезли в Европу, как один из трофеев, рыцари из своих крестовых походов. В Старом Свете метод прижился, правда, во Франции получил еще одно назначение – изготовление косметики. И лишь затем продукты перегона браги начали потихоньку завоевывать место под солнцем как напитки, с чем связано немало легенд и преданий.
Метод, о котором знает каждая бабка
Субстанция, из которой обычно получают спирт – это брага, а самогоноварение – самый древний способ как разделить смесь. Спирта и воды, правда, в чистом виде процесс не дает, зато дешев, надежен и отработан веками.
В процессе брожения из сахаросодержащих веществ дрожжи вырабатывают спирт, и при определенной его концентрации сами же в нем и погибают (спирт, оказывается, яд даже для производящих его дрожжей). Далее в дело вступает чистая физика: вода, как известно, при нормальном атмосферном давлении (около 760 мм.рт.ст.) превращается в пар при температуре 100 °C, а вот этиловый спирт – этанол, тот самый, что создает нам «праздничное» настроение, закипает при температуре порядка 78 °C.
Таким образом, способ, как разделить воду и спирт, очевиден. При нагревании первыми испаряются пары этанола и отводятся из зоны кипения. Затем пары поступают в охладитель и конденсируются, превращаются обратно в жидкость. Вода же остается в емкости.
Как научились получать чистый спирт?
Однако на деле не все так просто и легко. При 80 °C спирт интенсивно испаряется и покидает емкость. Вода, хоть и не достигает точки кипения при данной температуре, но часть ее все же испаряется и попадает в охладитель вместе с парами этанола. Если делать перегонку 3 и более раз, максимальная крепость, которой можно добиться – 80…85%. А как разделить воду и спирт полностью или почти полностью? Для этого в конце XIX века и была придумана ректификационная колонна.
Устройство ее отличается от обычного «бабкиного» самогонного аппарата наличием вертикальной шахты, куда поступают спиртосодержащие пары перед тем, как оказаться в холодильнике. В шахте пары проходят через ряд препятствий в виде тарелок, насыпных деталей произвольной формы и т. д. Задача этих препятствий в том, чтобы немного остудить пар и заставить его конденсироваться. В виде капель оседает и самотеком вновь попадает в емкость именно вода – как жидкость с более высокой температурой кипения. Пары же спирта продолжают свой путь к вершине колонны и лишь там они отбираются для охлаждения и конденсации.
Другие способы
Однако известны и другие способы, как разделить воду и спирт. Например, что выйдет, если исходную жидкость не нагревать, а наоборот – охлаждать? Именно так, по некоторым предположениям, поступали древние викинги со своим элем, чтобы сделать его крепче. В кувшине с элем, который выносили на ночь на лютый мороз, к утру образовывалась ледышка. Ее выбрасывали, а оставшийся в кувшине напиток оказывался крепче и забористее. Секрет метода прост – вода кристаллизуется при температуре 0 °C, чтобы заморозить этиловый спирт, его пришлось бы охладить до минус 115 °C.
Но если вообще отставить в сторону температуру? В этом случае как разделить спирт и воду? Химия также может помочь в решении задачи. Есть вещества, связывающие химически воду, нейтральные к спирту. Другие же, напротив, вступают в реакцию со спиртом, игнорируя Н2О. Это такие методы, как выщелачивание или высаливание. Однако на практике к таким способам прибегают чаще всего лишь в научных целях.
Подумай, ответь, выполни…
- При чтении текста о разделении смесей в тетради составьте схему «Основные способы разделения неоднородных и однородных смесей». Для каждого способа приведите примеры.
- Даны смеси: а) спирта и воды; б) речного песка и сахара; в) медных и железных опилок; г) воды и бензина. Как разделить эти смеси? Поясните, на каких свойствах компонентов смеси основано их разделение.
- Можно ли фильтрованием выделить из раствора поваренную соль. Почему?
- Предложите способ выделения глины из ее смеси с водой.
- Как, не используя каких-либо приспособлений, можно отделить сливки от молока? Найдите в Интернете определение термина «центрифугирование».
- Тестовые задания
1. При чтении текста о разделении смесей в тетради составьте схему «Основные способы разделения неоднородных и однородных смесей». Для каждого способа приведите примеры.
2. Даны смеси: а) спирта и воды; б) речного песка и сахара; в) медных и железных опилок; г) воды и бензина. Как разделить эти смеси? Поясните, на каких свойствах компонентов смеси основано их разделение.
Смесь | Вид смеси | Способ разделения | На каких свойствах компонентов смеси основано их разделение |
|---|---|---|---|
а) спирт и вода | однородная | дистилляция | на различии в температурах кипения воды и спирта |
б) речной песок и сахар | неоднородная | фильтрование с последующей кристаллизацией сахара из водного раствора | на различной растворимости в воде речного песка и сахара |
в) медные и железные опилки | неоднородная | действие магнитом | на различии в магнитных свойствах компонентов (железо обладает магнитными свойствами, а медь – нет) |
г) вода и бензин | неоднородная | отстаивание | на различии в плотностях бензина и воды |
3. Можно ли фильтрованием выделить из раствора поваренную соль. Почему?
Поваренную соль нельзя выделить из раствора фильтрованием. Раствор соли представляет собой однородную смесь и проходит через фильтр. Поваренную соль можно выделить из раствора выпариванием.
4. Предложите способ выделения глины из ее смеси с водой.
Для выделения глины из ее смеси с водой можно применить способ отстаивания. При отстаивании частицы глины оседают на дно: чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь. В результате отстаивания получают два слоя: верхний слой — вода, нижний слой — глина. Вода отделяется от глины путем ее сливания.
5. Как, не используя каких-либо приспособлений, можно отделить сливки от молока? Найдите в Интернете определение термина «центрифугирование».
Сливки можно отделить от молока путем отстаивания и последующего сливания отстоявшегося молока с помощью делительной воронки.
Цетрифугирование — это процесс разделения неоднородной смеси, содержащей частицы очень малых размеров, которые невозможно отделить отстаиванием или фильтрованием. Смесь помещают в специальный сосуд, который с огромной скоростью вращают в специальном аппарате — центрифуге. В результате более тяжелые частицы оседают на дно сосуда, а легкие оказываются сверху. Центрифугирование основано на действии центробежной силы, которая во много раз превышает силу земного притяжения. Этот процесс применяется, например, при сепарировании молока.
Тестовые задания
1. Выберите схемы, изображающие состав чистых веществ.
1)
2)
3)
Ответ: 1) и 3).
2. Фильтрованием можно разделить смесь
1) воды и сахара
2) воды и поваренной соли
3) воды и угольной пыли
4) воды и столового уксуса
Ответ: 3).
3. Смесь порошков железа и серы является
1) гомогенной
2) гетерогенной
Ответ: 2).
4. Очистить воду от примеси подсолнечного масла можно
1) выпариванием
2) фильтрованием
3) перегонкой
4) отстаиванием
Ответ: 4).
5. Установите соответствие между смесью и способом ее разделения
1) раствор поваренной соли в воде А. действие магнитом 2) раствор мела в воде Б. с помощью делительной воронки 3) смесь железа и серы В. выпаривание 4) смесь воды и бензина Г. фильтрование Ответ: 1) В; 2) Г; 3) А; 4) Б.
- Отстаивание
- Центрифугирование
- Фильтрование
- Действие магнитом
- Выпаривание. Кристаллизация
- Дистилляция (перегонка)
Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.
| Способы разделения смесей | |
|---|---|
| неоднородных (гетерогенных) | однородных (гомогенных) |
| — Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование | — Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка) |
Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.
Отстаивание
Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.
Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.
Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):
На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.
Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:
Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.
Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):
Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).
Центрифугирование
Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.
Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.
Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.
С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.
Фильтрование
Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.
Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.
Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:
При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.
Действие магнитом
С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.
Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:
Выпаривание. Кристаллизация
Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.
Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:
Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.
Дистилляция (перегонка)
Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.
Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:
Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.
В природе вещества обычно встречаются в виде смесей. Чтобы получить чистое вещество, надо его из смеси выделить.
Разделение смеси производят для выделения в чистом виде всех её составных частей. При очистке выделяют одно вещество, а примеси удаляют.
В составе смесей вещества сохраняют свои свойства. Способы разделения и очистки веществ основаны на их различиях.
Одним из самых простых способов разделения неоднородных смесей является отстаивание.
Используется для разделения неоднородных смесей жидкого и твёрдого вещества или двух жидкостей, которые различаются по плотности.
При отстаивании смеси жидкости и твёрдого вещества на дне сосуда оседает вещество с большей плотностью. Верхний слой осторожно отделяют.
Отстаивание смеси песка и воды
Таким способом можно разделить смесь мела и воды, песка и воды.
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.
Делительная воронка
Фильтрование — это отделение жидкости или газа от взвешенных в них твёрдых частиц при пропускании через пористые материалы (фильтры). Фильтры задерживают частицы, если их размеры больше размера пор. Для фильтрования можно использовать специальную бумагу, ткань, марлю, вату, песок, уголь, пористую керамику.
Механизм фильтрования
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.
Простейший прибор для фильтрования
((1) — смесь, (2) — стеклянная палочка, (3) — воронка с фильтром, (4) — фильтрат)
С помощью фильтрования можно очистить воду от попавших в неё пылинок, частиц песка и других примесей. В лабораториях этим способом отделяют образовавшиеся в реакциях осадки.
Фильтрование используется в промышленности (в производстве растительного масла, творога). В качестве фильтров там используются ткани.
В двигателях автомобилей через фильтры обязательно проходит топливо и масло.
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.
Бытовой фильтр для очистки воды
С помощью фильтрования очищают также воздух от примесей. На фильтровании воздуха основана работа пылесоса, противогаза.
Для удаления нежелательных примесей часто используют адсорбенты. Так, в противогазах воздух проходит через слой активированного угля, который имеет много мелких пор и способен поглощать газообразные и растворённые вещества. Уголь применяется в производстве сахара для очистки сахарного сиропа от содержащихся в нём примесей.
Если частицы неоднородной смеси малы, то её сложно разделить отстаиванием или фильтрованием. В этом случае используют центрифугирование. Смесь помещают в сосуды, которые вращают с большой скоростью в центрифуге. Более тяжёлые частицы оседают на дне.
Центрифуга
Такой способ находит применение для разделения молока. При вращении в специальной центрифуге (сепараторе) отделяются сливки, и остаётся обезжиренное молоко.
Универсальных методов разделения смесей нет. В каждом конкретном случае основываются на различиях в свойствах веществ.
Смесь железных опилок с серой можно разделить, используя магнитные свойства железа. Если к поверхности смеси поднести магнит, то частицы железа притянутся к нему, а сера останется.
Смесь серы и железа
Железо и сера
Можно эту же смесь разделить с помощью воды. Железо тяжелее воды и оседает на дне. Сера водой не смачивается и остаётся на поверхности. Способ разделения смесей, основанный на различии смачиваемости компонентов, называется флотацией.