На каких свойствах веществ основано разделение смесей спирта и воды
- 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.
I. Новый материал
При подготовке урока использованы материалы автора: Н.К.Черемисиной,
учителя химии средней школы № 43
(г. Калининград), Источник
Мы живем среди химических веществ. Мы вдыхает воздух,
а это смесь газов (азота, кислорода и других), выдыхаем углекислый
газ. Умываемся водой — это еще одно вещество, самое распространенное
на Земле. Пьём молоко — смесь воды с мельчайшими капельками
молочного жира, и не только: здесь еще есть молочный белок казеин,
минеральные соли, витамины и даже сахар, но не тот, с которым
пьют чай, а особый, молочный — лактоза. Едим яблоки, которые состоят из
целого набора химических веществ — здесь и сахар, и яблочная кислота,
и витамины… Когда прожеванные кусочки яблока попадают в желудок, на
них начинают действовать пищеварительные соки человека, которые помогают
усваивать все вкусные и полезные вещества не только яблока, но и любой другой
пищи. Мы не только живем среди химических веществ, но и сами из
них состоим. Каждый человек — его кожа, мышцы, кровь, зубы, кости, волосы
построены из химических веществ, как дом из кирпичей. Азот, кислород, сахар,
витамины – вещества природного, естественного происхождения. Стекло, резина,
сталь – это тоже вещества, точнее, материалы (смеси веществ). И стекло,
и резина — искусственного происхождения, в природе их не было. Совершенно
чистые вещества в природе не встречаются или встречаются очень редко.
Чем же отличаются чистые вещества от смесей веществ?
Индивидуальное чистое вещество обладает определённым
набором характеристических свойств (постоянными физическими свойствами). Только
чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип= 100 °С, не имеет вкуса.
Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой
температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более
низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря.
Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например
растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав
которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными.
Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским
ученым Робертом Бойлем: «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».
Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества
Признаки сравнения | Чистое вещество | Смесь |
Состав | Постоянный | Непостоянный |
Вещества | Одно и то же | Различные |
Физические свойства | Постоянные | Непостоянные |
Изменение энергии при образовании | Происходит | Не происходит |
Разделение | С помощью химических реакций | Физическими методами |
Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду.
Классификация смесей показана в таблице:
Приведём
примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсий (растительное масло + вода) и
растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий +
медь или никель + медь).
В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки
жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах
компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями.
Способы разделения смесей
В природе
вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных
производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.
Для очистки
веществ применяются различные способы разделения смесей
Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов
смеси.
Рассмотрим
способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей.
Пример смеси | Способ |
Суспензия – смесь речного песка с водой | Отстаивание Разделение отстаиванием Разделение |
Смесь песка и поваренной соли в воде | Фильтрование На чем основано разделение гетерогенных смесей с Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием |
Смесь порошка железа и серы | Действие Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность Разделение смеси серы и железа с помощью |
Раствор соли в воде – гомогенная смесь | Выпаривание или Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются Если же разделять смесь спирта и воды, то первым Разделение однородных смесей |
Особым методом разделения компонентов, основанным на
различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография.
Дома вы можете проделать следующий опыт. Подвесьте
полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в
них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но
граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит
разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.
С помощью хроматографии русский ботаник М. С. Цвет
впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и
лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал,
уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой
степенью очистки?
Для различных целей необходимы вещества с различной
степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления
примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно
предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления
растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода,
максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества,
содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента,
применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных
отраслях промышленности.
Прочитайте стихотворение Л. Мартынова «Дистиллированная
вода»:
Вода
Благоволила
Литься!
Она
Блистала
Столь чиста,
Что ни напиться,
Ни умыться.
И это было неспроста.
Ей не хватало
Ивы, тала
И горечи цветущих лоз,
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.
Ей жизни не хватало
Чистой –
Дистиллированной воде!
Применение дистиллированной воды
II. Задания для закрепления
1) Поработайте с тренажёрами №1-4 (необходимо загрузить тренажёр, он откроется в браузере Internet Explorer)
Тренажёр №1. Чистые вещества и смеси
Тренажёр №2. Смеси
Тренажёр №3. Смеси в природе
Тренажёр №4. Смеси в сельском хозяйстве
2) Решите задачу:
Дана смесь сахара, речного песка и железных опилок. Предложите способ разделения этой смеси.
3) Творческое задание:
Подготовьте электронную презентацию на тему «Чистые вещества и смеси, которые нас окружают»
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.
- На каких свойствах веществ основано разделение смесей?
- Приведите примеры разделения смесей с помощью просеивания, известные вам из повседневной жизни.
- Для отделения золота от пустой породы золото «моют». Какие свойства золота и частиц горной породы используют при этом?
- Что такое отстаивание и декантация? Приведите примеры.
- Что такое фильтрование и фильтрат? Какие вещества и материалы могут использоваться для изготовления фильтра?
- Приведите примеры способов фильтрования воздуха, которые используются в быту и на производстве.
- Что такое центрифугирование? На чем основан этот процесс? Где он применяется?
- Смешайте столовую ложку сухого молока и речного песка. Пересыпьте смесь в стакан с водой, но не перемешивайте. Для того чтобы песок полностью осел на дно, осторожно постучите по внешней стенке стакана ложкой. Какой из компонентов смеси остался на поверхности воды? Почему?
- В стеклянный стакан насыпьте немного порошка для чистки посуды и налейте полстакана воды. Образуется мутная смесь. Жидкость станет прозрачной только на следующий день. Почему смесь отстаивается так долго?
- Растолките пять таблеток активированного угля и смешайте их с четвертью стакана окрашенной газированной воды, например пепси-колы. Интенсивно перемешивайте смесь ложечкой. Что наблюдается? Сравните окраску отстоявшегося раствора с окраской исходного напитка.
1. На каких свойствах веществ основано разделение смесей?
Разделение смесей основано на различных физических свойствах веществ, составляющих смеси: а) разная плотность нерастворимых в воде веществ, составляющих смесь (например, смесь древесных и железных опилок); б) разная плотность малорастворимых друг в друге жидкостей, составляющих смесь (например, растительное масло и вода); в) разная растворимость в воде веществ, составляющих смесь (например, смесь поваренной соли и песка); г) разные магнитные свойства компонентов смеси (например, смесь порошков железа и серы) и др.
2. Приведите примеры разделения смесей с помощью просеивания, известные вам из повседневной жизни.
В повседневной жизни разделение смесей с помощью просеивания используется, например, в кулинарии (просеивание муки, крупы), в строительстве (просеивание песка).
3. Для отделения золота от пустой породы золото «моют». Какие свойства золота и частиц горной породы используют при этом?
Частицы золота имеют больший размер и плотность, чем частицы горной породы. При отделении золота пустая порода «вымывается», а золото остается в осадке.
4. Что такое отстаивание и декантация? Приведите примеры.
Отстаивание и декантация — это способы разделения смеси жидкости и твердого вещества.
При отстаивании частицы твердого вещества оседают на дно: чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь. В результате отстаивания получают два слоя: верхний слой — жидкость, нижний слой — твердое вещество. При декантации жидкость отделяется от твердого вещества путем ее сливания.
Пример: смесь воды и песка.
5. Что такое фильтрование и фильтрат? Какие вещества и материалы могут использоваться для изготовления фильтра?
Фильтрование — это процесс разделения смеси, основанный на различной растворимости в воде веществ, составляющих смесь (например, смесь поваренной соли и песка). Для разделения смеси фильтрованием ее растворяют в воде и пропускают фильтр. Частицы твердого вещества не проходят через фильтр и оседают на нем, а вода с растворенными вещества просачивается через него. Фильтрат — это раствор, прошедший через фильтр.
Для изготовления фильтров, в зависимости от их назначения, могут использоваться специальная пористая бумага, ткань, вата, угольный порошок, песок.
6. Приведите примеры способов фильтрования воздуха, которые используются в быту и на производстве.
Способы фильтрования воздуха в быту: использование ватно-марлевых повязок.
Способы фильтрования воздуха на производстве: использование респираторов.
7. Что такое центрифугирование? На чем основан этот процесс? Где он применяется?
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.
8. Смешайте столовую ложку сухого молока и речного песка. Пересыпьте смесь в стакан с водой, но не перемешивайте. Для того чтобы песок полностью осел на дно, осторожно постучите по внешней стенке стакана ложкой. Какой из компонентов смеси остался на поверхности воды? Почему?
На поверхности воды осталось сухое молоко, так как порошок сухого молока плохо смачивается водой и удерживается на ее поверхности.
9. В стеклянный стакан насыпьте немного порошка для чистки посуды и налейте полстакана воды. Образуется мутная смесь. Жидкость станет прозрачной только на следующий день. Почему смесь отстаивается так долго?
При отстаивании частицы твердого вещества оседают на дно. Если частицы твердого вещества достаточно крупные, то они быстро оседают на дно, а жидкость становится прозрачной. Чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь.
Смесь порошка для чистки посуды и воды долго отстаивается, так как размеры твердых частиц в ней очень малы.
10. Растолките пять таблеток активированного угля и смешайте их с четвертью стакана окрашенной газированной воды, например пепси-колы. Интенсивно перемешивайте смесь ложечкой. Что наблюдается? Сравните окраску отстоявшегося раствора с окраской исходного напитка.
Наблюдается поглощение пузырьков газа активированным углем и обесцвечивание раствора. Это объясняется тем, что активированный уголь способен поглощать своей поверхностью газообразные и растворенные вещества. Эту способность называют адсорбцией, а активированный уголь адсорбентом.