Объясните на каких свойствах веществ основан этот способ
- 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.
- 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.
Химия
7 класс
1. Способы разделения смесей
В лабораторной практике, в промышленности и в повседневной жизни очень часто приходится получать из смесей веществ отдельные компоненты. Если при этом вашей целью является получение в чистом виде каждого вещества, такую операцию называют разделением смеси. Если требуется отделить нужное вещество от примесей, процесс чаще называют очисткой вещества.
В любом случае неоднородные смеси разделить проще, чем однородные. Для этого еще во времена алхимии придумано много способов. Одни из них основаны на различии в размерах частиц смеси, другие — на некоторых свойствах составляющих их веществ.
Представьте, что в муку попал сахарный песок. Какой способ разделения этой смеси вы могли бы предложить? Пожалуй, самый простой — это просеивание. С помощью сита вы без труда отделите мелкие частицы муки от сравнительно крупных кристалликов сахара. В сельском хозяйстве просеивание используется для отделения семян растений от постороннего мусора. В строительстве так отделяют гравий от песка.
С помощью магнита можно легко отделить железные опилки от порошка серы (рис. 79). Такое разделение основано на особом давно известном свойстве железа — способности притягиваться к магниту.
Рис. 79.
Разделение железных опилок от порошка серы с помощью магнита
А если сера смешана не с железными опилками, а, например, с песком, который к магниту совершенно равнодушен? И в этом случае можно найти способ разделения смеси.
Демонстрационный опыт
Смесь тонко измельченной серы и песка высыпают в стакан с водой. Песок оседает на дно, а сера удерживается на поверхности. Порошок серы можно легко собрать с поверхности ложкой.
Такое разделение основано на особом свойстве вещества, на этот раз — серы. Порошок серы плохо смачивается водой и удерживается на ее поверхности, несмотря на то что сера тяжелее воды и должна в ней тонуть. Таким же свойством обладают и некоторые содержащие серу руды, благодаря чему их отделяют от пустой породы. Этот процесс называется обогащением породы. Для этого руду измельчают, загружают в огромный резервуар с водой и снизу подают воздух. Частички руды прилипают к воздушным пузырькам и в виде пены всплывают на поверхность. Тяжелые частички песка и других примесей остаются на дне.
Подобное явление можно наблюдать и дома (см. задания 8 и 9 к этому параграфу).
Для выделения из жидкостей нерастворимых веществ используется отстаивание. Если частички твердого вещества достаточно крупные, они быстро оседают на дно, а жидкость становится прозрачной. Ее можно осторожно слить с осадка, и эта нехитрая операция называется декантацией.
Чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь.
Можно отделить друг от друга и две жидкости, которые не смешиваются между собой.
Демонстрационный опыт
В плоскодонную колбу наливают равные объемы воды и растительного масла. При интенсивном взбалтывании вода и масло разбиваются на мелкие капельки и перемешиваются, образуется мутная смесь. Очень быстро эта смесь снова расслаивается на более тяжелый водный слой и масло, всплывающее наверх. Отделить полностью верхний слой достаточно сложно. А вот с помощью делительной воронки разделение такой смеси не представляет особого труда (рис. 80).
Рис. 80.
Разделение двух несмешивающихся жидкостей с помощью делительной воронки
Если частички неоднородной смеси очень малы, ее невозможно разделить ни отстаиванием, ни фильтрованием. Примерами таких смесей может служить молоко или взмученная в воде зубная паста. Такие смеси разделяют центрифугированием. Их помещают в специальные сосуды (например, пробирки), которые с огромной скоростью вращают в специальных аппаратах — центрифугах (рис. 81). В результате более тяжелые частички «придавливаются» ко дну сосуда, а легкие оказываются сверху.
Рис. 81.
Центрифуга с пробирками
Молоко представляет собой мельчайшие частички жира, а также других веществ — сахаров, белков, распределенные в водном растворе (рис. 82). Для разделения такой смеси применяют специальную центрифугу, называемую сепаратором. При сепарации молока жиры оказываются на поверхности, их легко отделить. Остается вода с растворенными в ней веществами — это обезжиренное молоко.
Рис. 82.
Молоко — это мельчайшие капельки жира в водном растворе
2. Фильтрование
Очистить мутную жидкость или отделить нерастворимый осадок можно с помощью фильтрования. В лаборатории для этого используется специальная пористая бумага. Ее так и называют — фильтровальная. Частицы твердого вещества не проходят через поры бумаги и оседают на ней (рис. 83). Вода же с растворенными в ней веществами свободно просачивается через фильтровальную бумагу. Полученный раствор совершенно прозрачен. Его называют фильтратом.
Рис. 83.
Фильтрование жидкости с осадком через бумажный фильтр
Фильтрование — распространенный процесс и в быту, и в технике, и в природе. Заварку многие процеживают через ситечко. Воздух от пыли, попавшей в пылесос, фильтруется через бумажный или тканевый фильтр. Воду для питья и приготовления пищи рекомендуют пропускать через специальные бытовые фильтры. Помимо того что они задерживают твердые частицы, угольный порошок бытового фильтра «поглощает» из воды некоторые растворенные в ней вредные вещества.
На очистных сооружениях загрязненную воду так же фильтруют через слой чистого песка, на котором задерживается ил, примеси нефтепродуктов, частицы почвы и глины.
Топливо и масло в двигателе автомобиля обязательно проходят через фильтрующие элементы.
Фильтровать можно не только жидкие смеси. Не раз вы видели людей в марлевых повязках, да и самим, наверное, приходилось ими пользоваться (рис. 84).
Рис. 84.
Ватно-марлевая повязка защищает человека от болезнетворных микробов
Несколько слоев марли с проложенной между ними ватой очищают вдыхаемый воздух от частиц пыли, смога, да и от болезнетворных микробов. В промышленности для защиты от пыли используют специальные фильтрующие приспособления, называемые респираторами. Воздух, попадающий в двигатель автомобиля, тоже очищают от пыли тканевыми или бумажными фильтрами.
3. Адсорбция
В технике часто возникает задача очистки газов, например воздуха, от нежелательных или вредных компонентов.
Адсорбцией называется способность некоторых твердых веществ поглощать своей поверхностью газообразные или растворенные вещества.
Вещества, способные к адсорбции, называются адсорбентами.
Адсорбенты представляют собой в основном вещества, которые имеют очень большую общую поглощающую поверхность. Такое строение адсорбента можно рассмотреть с помощью увеличительных приборов (рис. 85).
Рис. 85.
Адсорбент -активированный уголь под микроскопом
Подобным веществом является активированный уголь (он наверняка есть в вашей домашней аптечке), силикагель (в коробке с новой обувью можно найти небольшой пакетик с белыми горошинами, это и есть силикагель), фильтровальная бумага. Различные вещества «прицепляются» к поверхности адсорбентов неодинаково: одни удерживаются на поверхности прочно, другие — слабее. На свойстве активированного угля поглощать вредные газы основано действие фильтрующего противогаза (рис. 86).
Рис. 86.
На свойстве активированного угля поглощать вредные газы основано действие фильтрующего противогаза
Активированный уголь способен поглощать не только газообразные, но и растворенные в жидкостях вещества. В медицинской практике его применяют при отравлениях, чтобы адсорбировать вредные вещества.
С помощью активированного угля на сахарных заводах обесцвечивают сиропы, чтобы кристаллики сахара получились красивого белого цвета.
Лабораторный опыт
В колбу с помощью пипетки накапайте 3—5 капель одеколона. Встряхните сосуд, понюхайте его содержимое. Затем добавьте в колбу несколько кукурузных палочек. Закройте ее пробкой, встряхните. Через 1—2 минуты откройте пробку и понюхайте содержимое колбы. Что можно сказать об интенсивности запаха одеколона в первом и во втором случаях? Объясните результат.
Вопросы и задания
- 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.