Что является смесью. Чистые вещества и смеси
I. Новый материал
При подготовке урока использованы материалы автора: Н.К.Черемисиной,
учителя химии средней школы № 43
(г. Калининград),
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 разделения |
|
Суспензия – смесь речного песка с водой |
Отстаивание Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой . В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке. Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием |
|
Смесь песка и поваренной соли в воде |
Фильтрование На чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования ?На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка . В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»). |
|
Смесь порошка железа и серы |
Действие магнитом или водой Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет . Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно . Разделение смеси серы и железа с помощью магнита и воды |
|
Раствор соли в воде – гомогенная смесь |
Выпаривание или кристаллизация Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества.Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара.Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой . В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду , которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей . В домашних условиях можно сконструировать такой дистиллятор: Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с t кип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти. 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)
Каждое вещество обладает присущим только ему набором свойств, однако эти свойства являются вполне определенными только для отдельно взятого индивидуального вещества, не смешанного с другими веществами. Поэтому необходимо отличать чистые вещества от смесей веществ.
ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА
Физические и химические свойства постоянны, если вещество является чистым.
Примерами практически чистых веществ могут служить некоторые металлы, у которых содержание примесей не превышает нескольких сотых или тысячных долей процента по массе. Например, медь с чистотой 99,99 % или слитки золота, в которых его содержание выражается цифрами 99,999 %. Это означает, что на 100 000 атомов металла приходится лишь 1 другой атом.
Чистыми называют вещества, не содержащие примесей других веществ. Любое чистое вещество обладает присущим только ему набором свойств. Постоянство свойств является признаком чистоты вещества.
СМЕСИ ВЕЩЕСТВ
В природе вещества почти никогда не встречаются в чистом виде. Одни вещества смешаны вместе с другими образуют смеси.
Если смесь почти целиком состоит из одного вещества, то ее обычно называют так же, как и само это вещество. Примеры смесей, с которыми вы встречаетесь в повседневной жизни, даны на рисунке.
Можно заметить, что эти смеси состоят из нескольких составных частей — компонентов.
Минералы - смесь нескольких веществ
Молоко - неоднородная смесь
РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ
Чистые вещества встречаются редко, например, в химических лабораториях, в аптеке, на химических предприятиях (примеры чистых веществ - на рисунке).
Чтобы их получить, необходимо научиться разделять смеси и выделять каждое вещество в отдельности. Для этого существуют различные методы разделения смесей.
РАЗДЕЛЕНИЕ НЕОДНОРОДНЫХ СМЕСЕЙ
Один из самых простых методов разделения — отстаивание . Этот метод основан на различной плотности компонентов смеси и может быть использован для разделения неоднородных смесей двух жидких веществ (например, бензин — вода), жидкого и твердого вещества (например, песок — вода).
Такой метод, как фильтрование , основан на способности некоторых пористых материалов задерживать частицы, размер которых больше размера пор данного материала. С помощью фильтрования можно разделить неоднородные смеси твердого и жидкого веществ (мел — вода, глина — вода).
Разделение смесей различных веществ, с помощью отстаивания и фильтрования
РАЗДЕЛЕНИЕ ОДНОРОДНЫХ СМЕСЕЙ
- Выпаривание . Метод основан на различии температур кипения компонентов смеси и может быть использован для разделения однородных смесей твердых и жидких веществ (соль — вода, сахар — вода). Метод выпаривания обычно используется тогда, когда из однородной смеси твердого и жидкого веществ необходимо выделить только твердое вещество.
Выпаривание. Выпаривание соли на соляном озере
- Дистилляция (или перегонка) основан на разности температур кипения компонентов смеси. Чаще всего дистилляцию применяют для разделения однородных смесей нескольких жидких компонентов или твердого и жидкого компонентов. В отличие от метода выпаривания дистилляцию применяют для выделения из смеси всех компонентов. В химических лабораториях с помощью этого метода получают дистиллированную воду, не содержащую растворенных солей. В странах Ближнего Востока этот метод широко используется для получения питьевой воды из морской.
Лабораторная установка для перегонки жидкостей
Итак, сегодня мы узнали:
Чистыми называют вещества, которые не содержат примесей других веществ;
Чистое вещество обладает постоянными свойствами, по которым его можно отличить от других веществ;
Смеси бывают однородные и неоднородные;
Выделить вещества из неоднородной смеси можно с помощью отстаивания и фильтрования;
Выделить вещества из однородной смеси можно с помощью выпаривания и дистилляции.
Пройти тест по параграфу
Изучение параграфа поможет вам:
· различать чистые вещества и смеси;
· называть способы разделения смесей;
· приводить примеры природных смесей;
· характеризовать свойства смесей.
В химии различают чистые вещества и смеси веществ. Выясним, чем чистое вещество отличается от смеси.
ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА Если вещество чистое, то, кроме ее структурных частиц, другие частицы отсутствуют. Стоит помнить, что даже в химических лабораториях, не говоря уже о природные условия, абсолютно ЧИСТЫХ веществ не существует. Поэтому понятие чистого вещества применяют к веществам, в которых примесей настолько мало, что они заметно не влияют на свойства вещества.
Ученые пытаются выделять вещества в как можно более чистому виде для изучения их свойств и специального использования.
Чистое вещество - это вещество, не содержащее примесей других веществ.
СМЕСИ. В повседневной жизни вы в основном имеете дело не с чистыми веществами, а со смесями веществ или материалами, изготовленными из нескольких веществ.
Смеси получают сочетанием нескольких ЧИСТЫХ веществ.
Приведите примеры смесей, которыми вы пользуетесь в быту.
Па производстве также чаще всего имеют дело со смесями веществ. Знание свойств чистых веществ и их изменений под влиянием различных примесей чрезвычайно важное для правильного практического использования веществ.
В строительстве, косметологии и медицине, во время приготовления пищи, для стирки белья и тому подобное постоянно используют различные смеси. Существуют смеси и в природе. Вы знакомы с газообразными природными смесями - воздухом и природным газом, жидкими природными смесями - морской и минеральной водой, нефтью, молоком, твердыми смесями - грунтом, гранитом и тому подобное.
К веществам, из которых состоит смесь применяют название компоненты смеси. Смеси бывают однородные и неоднородные. Все зависит от размеров частиц компонентов смеси. В однородных смесях частицы одного вещества нельзя разглядеть среди частиц другого визуально (то есть с помощью зрения) или с помощью увеличительных приборов. Например, чистая вода и подслащенная сахаром снаружи и под лупой имеют одинаковый вид. Следовательно - это однородная смесь. Материал, из которого изготовлено оконное стекло (рис. 38) также является однородной смесью веществ, образованных в результате сплавления кварцевого песка, известняка и соды.
Гранит, грунт, смесь масла и воды - примеры неоднородных смесей. В них нетрудно обнаружить компоненты визуально или с помощью увеличительных приборов.
Смешиванием двух и более нерастворимых друг в друге веществ вы можете самостоятельно изготовить различные неоднородные смеси. Причем по вашему желанию их состав может быть разным.
СВОЙСТВА СМЕСЕЙ. Во-первых, смеси имеют произвольный состав. Так, на полках продуктовых магазинов можно увидеть сметану с разным процентом жира (15 %, 20 %, 30 %). Из сахара, высушенных листочков чая и воды вы готовите смесь под названием «чай». Вполне очевидно, что у кого-то из вас напиток будет слаще, в других - будет иметь темную окраску, но в каждом случае сахар не потеряет своего сладкого вкуса, а вещества чайной заварки - цвета. Сохранение вещества в составе смеси свои свойства - это еще одна характерная особенность смесей.
Рис. 38. Примеры однородных смесей (а - морская вода; б - водопроводная вода; - молоко; г - сок; д - стекло; е - бензин)
Количественный состав смесей произвольный. Вещества в смеси сохраняют свои индивидуальные свойства.
Благодаря сохранению индивидуальных свойств веществ в составе смеси их можно разделять на отдельные компоненты физическими методами.
Умение разделять смеси необходимо каждому человеку, независимо от того, будет она связывать свою будущую профессию с химией или нет.
СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ. Существует много способов разделения смесей, среди которых самые распространенные: отстаивание, фильтрование, выпаривание.
Отстаивание - это наиболее простой способ разделения неоднородных смесей, образованных из:
1) твердого вещества, что практически не растворяется в воде;
2) двух жидкостей, которые не смешиваются между собой.
Пример 1. Приготовим смесь песка и воды.
Сначала она будет мутной (рис. 39а), но пройдет немного времени, и песок, имея большую плотность, чем вода, осядет на дно, а слой воды над ним станет прозрачным (рис. 396). После этого осторожно сольем воду в другую посудину.
И какими бы осторожными вы не были, полное разделение смеси отстаиванием провести не удастся. Какая-то часть песка все же попадет в другой сосуд, а некоторое количество воды останется в стакане и змочуватиме песок.
Пример 2. Из жизненного опыта вам известно, что масло в воде не растворяется. Поэтому смесь указанных веществ достаточно быстро расслаивается, и ее после отстаивания можно легко разделить на компоненты. Для этого в химических лабораториях пользуются делительной воронкой (рис. 40).
Посудите, в которой вещества - воды или масла - плотность большая.
Понятно, что нижний слой образован водой, а верхний - маслом (рис. 40а). Поэтому первой из делительной воронки через открытый край выльется вода (рис. 40б). Надо только вовремя его перекрыть, чтобы масло осталось в воронке.
Восстановите в памяти
Как на уроках природоведения вы наблюдать за приготовлением смесей учителем, сами изготовляли и разделяли смеси. Какие способы разделения смесей вы знаете?
Рис. 39. Разделение смеси нерастворимого твердого вещества и воды отстаиванием
Рис. 40. Разделение неоднородной смеси жидкости отстаиванием
РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ ФИЛЬТРОВАНИЕМ Этим способом пользуются для разделения неоднородных смесей жидкости и нерастворимого в ней твердого вещества, например воды и мела (рис. 41). На лейку возложена фильтр, изготовленный из специальной пористой бумаги, который так и называют - фильтром.
Запомните! Края фильтра не должны выходить за пределы воронки, а быть на 0,2-0,5 см ниже ее краев. Следует следить, чтобы фильтр плотно прилегал к воронки (с этой целью внутреннюю стенку воронки предварительно смачивают водой).
Смесь осторожно выливают на фильтр по стеклянной палочке. Вода проникает сквозь поры фильтра в сосуд-приемник, а нерастворимая в ней мел остается на фильтре. Все, что прошло сквозь поры фильтра, называется фильтратом.
В быту фітльтром могут служить несколько слоев марли или другой ткани. Фильтром также может быть неплотный пучок ваты. Кстати, в домашних условиях, когда возникает необходимость в фильтровании, чаще всего пользуются ватным фильтром. Песчаные фильтры на водоочистных станциях (рис. 42), которые обеспечивают питьевой водой крупные города. Ныне в домашних условиях многие используют бытовые фильтры для очистки воды (рис. 43).
Рис. 41. Разделение неоднородной смеси воды и мела фильтрованием
Рис. 42. Использование фильтров на водоочистных станциях
Рис. 43. Бытовой переносной фильтр для очистки воды
Рис. 44. Пылесос (а) и респиратор (6) фильтруют воздух от пыли
Фильтрация - отделение твердого вещества от жидкости посредством пропускания смеси веществ через пористый материал, проницаемый только для жидкости. Оно является самым распространенным способом разделения неоднородных смесей жидкостей и твердых веществ.
Также существуют фильтры, разделяющие смеси воздуха с частицами пыли (рис. 44).
РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ ВЫПАРИВАНИЕМ. Однородные смеси отстаиванием или фильтрованием разделить нельзя. Частицы всех компонентов в них настолько малы, что не оседают и без задержки проходят через поры фильтра. Чтобы убедиться, что это действительно так, попробуем профильтровать однородную смесь, изготовленную из воды и медного купороса (твердого вещества голубого цвета) (рис. 45). Одинаковый голубой цвет смеси и фильтрата свидетельствует, что разделить эту смесь фильтрованием не удалось. На фильтре осадка не осталось, все компоненты смеси перешли в фильтрат (рис. 45а). Аналогично себя будет вести и однородная смесь поваренной соли и воды (рис. 45(5). Для разделения таких смесей следует использовать другой способ - выпаривание.
Рис. 45. Пропускания однородных жидких смесей через фильтр
Рис. 46. Разделение смеси поваренной соли и воды выпариванием
Для выпаривания необходимые спиртовка или другой нагревательный прибор, лабораторный штатив, фарфоровая чашка.
При нагревании смеси воды и соли (рис. 46а. (7) жидкий компонент (вода) испаряется, а твердое вещество (поваренная соль) остается на стенках и дне чашки (рис. 46.).
Разделить смесь - значит выделить из нее отдельные вещества. Разделение можно провести фильтрованием, отстаиванием, выпариванием и некоторыми другими способами.
1. Что называют чистым веществом, а смесью?
2. Какие виды смесей вам известны?
3. Чем однородная смесь отличается от неоднородной?
4. Приведите 2-3 примеры природных смесей, назовите их компонент.
5. Какие способы разделения смесей вы знаете?
6. Заполните таблицу (все необходимые сведения вы найдете в тексте параграфа). Используйте также самостоятельные примеры.
7. Установите соответствие между правой и левой колонками:
8. Какую смесь можно разделить фильтрованием, а какую выпариванием:
а) смесь мела и соли;
б) морскую воду?
9. Из приведенного перечня выпишите отдельно названия чистых веществ и смесей: сахар, минеральная вода, мед, молоко, углекислый газ, уксус, пищевая сода.
3 географии вам известно, что вода после испарения с морей и океанов возвращается на землю в виде дождя или снега. Тогда почему дождевая вода и снег не соленые?
В нашей статье мы рассмотрим, что такое чистые вещества и смеси, способы разделения смесей. В повседневной жизни их использует каждый из нас. А встречаются ли вообще в природе чистые вещества? И как отличить их от смесей?
Чистые вещества и смеси: способы разделения смесей
Чистыми называют вещества, которые содержат частицы только определенного вида. Ученые считают, что в природе их практически не существует, поскольку все они, хоть и в ничтожных долях, содержат примеси. Абсолютно все вещества также являются растворимыми в воде. Даже если погрузить в эту жидкость, к примеру, серебряное кольцо, ионы этого металла перейдут в раствор.
Признаком чистых веществ являются постоянство состава и физических свойств. В процессе их образования происходит изменение количества энергии. Причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Разделить чистое вещество на отдельные составляющие можно только с помощью химической реакции. К примеру, только дисциллированная вода обладает типичной для этого вещества температурой кипения и замерзания, отсутствием вкуса и запаха. А разложить ее кислород и водород можно только путем электролиза.
А чем отличаются от чистых веществ их совокупности? Ответить на этот вопрос нам поможет химия. Способы разделения смесей являются физическими, поскольку они не приводят к изменению химического состава веществ. В отличие от чистых веществ, смеси имеют непостоянный состав и свойства, а разделить их можно физическими методами.
Что такое смесь
Смесью называют совокупность индивидуальных веществ. Ее примером является морская вода. В отличие от дисциллированной, она обладает горьким или соленым вкусом, кипит при более высокой, а замерзает при более низкой температуре. Способы разделения смесей веществ являются физическими. Так, из морской воды можно добыть чистую соль путем выпаривания и последующей кристаллизации.
Виды смесей
Если добавить в воду сахар, через некоторое время его частички растворятся и станут невидимыми. В результате их невозможно будет отличить невооруженным глазом. Такие смеси называют однородными, или гомогенными. Их примерами также являются воздух, бензин, бульон, духи, сладкая и соленая вода, сплав меди и алюминия. Как видите, могут находиться в разных агрегатных состояниях, но чаще всего встречаются жидкости. Их также называют растворами.
В неоднородных, или гетерогенных смесях можно различить частицы индивидуальных веществ. Железные и деревянные опилки, песок и поваренная соль являются их типичными примерами. Неоднородные смеси также называют взвесями. Среди них различают суспензии и эмульсии. В состав первых входит жидкость и твердое вещество. Так, эмульсией является смесь воды и песка. Эмульсией называют совокупность двух жидкостей с разной плотностью.
Существуют неоднородные смеси и со специальными названиями. Так, примером пены является пенопласт, а к аэрозолям относятся туман, дым, дезодоранты, освежители воздуха, антистатики.
Способы разделения смесей
Безусловно, многие смеси обладают более ценными свойствами, чем отдельно взятые индивидуальные вещества, входящие в их состав. Но даже в быту возникают ситуации, когда их необходимо разделить. А в промышленности на этом процессе основаны целые производства. К примеру, из нефти в результате ее переработки получают бензин, газойль, керосин, мазут, соляровое и машинное масло, ракетное топливо, ацетилен и бензол. Согласитесь, выгоднее использовать эти продукты, чем бездумно сжигать нефть.
Теперь давайте разберемся, существует ли такое понятие, как химические способы разделения смесей. Допустим, из водного раствора соли нам необходимо получить чистые вещества. Для этого смесь необходимо нагреть. В результате вода превратится в пар, а соль кристаллизируется. Но при этом не произойдет превращения одних веществ в другие. Это значит, что основой данного процесса являются физические явления.
Способы разделения смесей зависят от агрегатного состояния, способности к растворимости, разнице в температуре кипения, плотности и состава ее компонентов. Рассмотрим каждый из них более подробно на конкретных примерах.
Фильтрование
Этот способ разделения подходит для смесей, в состав которых входят жидкость и нерастворимое в нем твердое вещество. К примеру, вода и речной песок. Эту смесь необходимо пропустить через фильтр. В результате чистая вода свободно пройдет через него, а песок останется.
Отстаивание
Некоторые способы разделения смесей основаны на действии силы тяжести. Таким образом на можно разложить суспензии и эмульсии. Если в воду попало растительное масло, такую смесь сначала необходимо взболтать. Потом оставьте ее на некоторое время. В результате вода окажется на дне сосуда, а масло в виде пленки будет покрывать ее.
В лабораторных условиях для отстаивания используют В результате ее работы более плотная жидкость сливается в сосуд, а легкая остается.
Отстаивание характеризуется низкой скоростью протекания процесса. Необходимо определенное время, чтобы сформировался осадок. В промышленных условиях этот способ осуществляют в специальных конструкциях, которые называются отстойники.
Действие магнитом
Если в состав смеси входит металл, то ее можно разделить при помощи магнита. К примеру, отделить железные и деревянные опилки. Но все ли металлы обладают такими свойствами? Вовсе нет. Для этого способа подойдут только смеси, содержащие ферромагнетики. Кроме железа к ним относятся никель, кобальт, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий.
Дистилляция
Это название в переводе с латинского языка означает "стекание каплями". Дистилляция представляет способы разделения смесей, основанные на разнице в температурах кипения веществ. Таким образом, даже в домашних условиях можно разделить спирт и воду. Первое вещество начинает испаряться уже при температуре 78 градусов по Цельсию. Касаясь холодной поверхности пары спирта конденсируются, переходя в жидкое состояние.
В промышленности таким способом получают продукты переработки нефти, душистые вещества, чистые металлы.
Выпаривание и кристаллизация
Эти способы разделения смесей подходят для жидких растворов. Вещества, которые входят в их состав, отличаются температурой кипения. Таким образом, можно получить кристаллы соли или сахара из воды, в которой они растворены. Для этого растворы нагревают и выпаривают до насыщеного состояния. В этом случае кристаллы осаждаются. Если же необходимо получить чистую воду, тогда раствор доводят до кипения с последующей конденсацией паров на более холодной поверхности.
Способы разделения газовых смесей
Газообразные смеси разделяют лабораторными и промышленными способами, поскольку этот процесс требует наличия специального оборудования. Сырьем природного происхождения является воздух, коксовый, генераторный, попутный и природный газ, представляющий собой совокупность углеводородов.
Физические способы разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии следующие:
- Конденсация - это процесс постепенного охлаждения смеси, в ходе которого происходит конденсация ее составляющих. При этом в первую очередь в жидкое состоние переходят высококипящие вещества, которые собираются в сепараторах. Таким образом получают водород из а также отделяют аммиак из непрореагировавшей части смеси.
- Сорбирование - это поглощение одних веществ другими. Этот процесс имеет противоположные составляющие, между которыми в ходе реакции устанавливается равновесие. Для прямого и обратного процесса необходимы различные условия. В первом случае это сочетание высокого давления и низкой температуры. Такой процесс называют сорбцией. В обратном случае используют противоположные условия: низкое давление при высокой температуре.
- Мембранное разделение - способ, при котором используют свойство полупроницаемых перегородок избирательно пропускать молекулы различных веществ.
- Дефлегмация - процесс конденсации высококипящих частей смесей в результате их охлаждения. При этом температура перехода в жидкое состояние отдельных компонентов должна отличаться в значительной степени.
Хроматография
Название этого способа можно перевести как "пишу цветом". Представьте, что в воду добавлены чернила. Если опустить в такую смесь конец фильтровальной бумаги, она начнет впитываться. При этом вода будет поглощаться быстрее чернил, что связано с разной степенью сорбируемости этих веществ. Хроматография является не только способом разделения смесей, но и методом изучения таких свойств веществ, как диффузия и растворимость.
Итак, мы познакомились с такими понятиями, как "чистые вещества" и "смеси". Первые представляют собой элементы или соединения, состоящие только из частиц определенного вида. Их примерами являются соль, сахар, дистиллированная вода. Смеси - это совокупность индивидуальных веществ. Для их разделения используют ряд методов. Способ их разделения зависит от физических свойств его составляющих. К основным из них относятся отстаивание, выпаривание, кристаллизация, фильтрование, дистилляция, действие магнитом и хроматография.
>> Чистые вещества и смеси. Отстаивание. Разделение смеси трех твердых веществ
Чистые вещества и смеси
Материал параграфа поможет вам:
> осознать, что абсолютно чистых веществ не существует;
> различать однородные и неоднородные смеси веществ;
> выяснить, в каких смесях физические свойства компонентов сохраняются, а в каких - нет;
> выбрать метод разделения смеси веществ
в зависимости от ее типа.
Чистые вещества и смеси.
Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым. С такими веществами работают в научной лаборатории, школьном химическом кабинете. Заметим, что абсолютно чистых веществ не существует.
Каждое вещество, содержащееся в смеси, называют компонентом.
Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить наблюдением, называют однородными.
Большинство металлических сплавов - также однородные смеси. Например, в сплаве золота с медью (его используют для изготовления ювелирных украшений) отсутствуют красные частицы меди и желтые частицы золота.
Из материалов, которые являются однородными смесями веществ, изготовляют много предметов разнообразного назначения (рис. 27).
К однородным смесям принадлежат все смеси газов , в том числе и воздух. Существует немало однородных смесей жидкостей.
Рис. 27. Предметы, изготовленные из однородных смесей
Такая смесь образуется при смешивании, например, спирта и воды.
Приведите свой пример однородной смеси.
Однородные смеси еще называют растворами, даже если они твердые или газообразные.
По некоторым физическим свойствам однородные смеси отличаются от их компонентов. Так, сплав олова со свинцом, используемый для паяния, плавится при более низкой температуре, чем чистые металлы. Вода закипает при температуре 100 °С, а водный раствор соли - при более высокой температуре. Если воду охладить до температуры 0 °С, она начнет превращаться в лед. Раствор соли при этих условиях остается жидкостью (он замерзает при температуре ниже 0 °С). В этом можно убедиться зимой, когда дороги и тротуары, покрытые льдом, посыпают смесью соли с песком. Лед под действием соли плавится; образуется водный раствор соли, не замерзающий на слабом морозе. А песок нужен для того, чтобы дорога не была скользкой.
Рис. 28. Неоднородная смесь мела и воды
Вам известно, что мел не растворяется в воде. Если его порошок всыпать в стакан с водой, то в образовавшейся смеси всегда можно обнаружить частицы мела, которые видны невооруженным глазом или в микроскоп (рис. 28).
Смеси, в которых компоненты можно обнаружить наблюдением, называют неоднородными.
К неоднородным смесям (рис. 29) относятся большинство минералов, почва, строительные материалы, живые ткани, мутная вода, молоко и другие продукты питания, некоторые лекарственные и косметические средства.
Приведите свой пример неоднородной смеси.
В неоднородной смеси физические свойства компонентов сохраняются. Так, железные опилки , смешанные с медными или алюминиевыми, не теряют способности притягиваться к магниту.
Рис. 29. Неоднородные смеси:
а - смесь воды и серы;
б - смесь растительного масла и воды;
в - смесь воздуха и воды
Вода в смеси с песком, мелом или глиной замерзает при температуре О 0C и закипает при 100 °С.
Некоторые виды неоднородных смесей имеют специальные названия: пена (например, пенопласт, мыльная пена), суспензия (смесь воды с небольшим количеством муки), эмульсия (молоко, хорошо взболтанные растительное масло с водой), аэрозоль (дым, туман).
В каких находятся компоненты в каждой названной смеси?
Материал, изложенный выше, обобщен в схеме 3.
Схема 3. Вещества и смеси
Часто возникает необходимость разделить смесь, чтобы получить ее компоненты или очистить вещество от примесей.
Существует много методов разделения смесей. Их выбирают, учитывая тип смеси, агрегатное состояние и различия в физических свойствах компонентов (схема 4). Некоторые методы вам известны из курса природоведения.
Схема 4. Методы разделения смесей
Объясните, благодаря каким свойствам компонентов возможно разделение каждой неоднородной смеси, указанной на схеме.
Рис. 30. Рабочий в распираторе
Рассмотрим, как используют некоторые методы разделения смесей.
Процесс фильтрования лежит в основе работы респиратора - устройства, которое защищает легкие человека, работающего в сильно запыленном помещении. В респираторе имеются фильтры, препятствующие попаданию пыли в легкие (рис. 30). Простейший респиратор - повязка из нескольких слоев марли. Фильтр, извлекающий пыль из воздуха, есть и в пылесосе.
С помощью магнита в промышленности обогащают железную руду - магнетит.
Благодаря способности притягиваться к магниту руда отделяется от песка, глины, земли и др. Таким способом извлекают железо из промышленных и бытовых отходов.
Важным методом разделения однородных смесей жидкостей является перегонка, или дистилляция1. Этот метод позволяет очистить природную воду от примесей. Полученную чистую (дистиллированную) воду используют в научно-исследовательских лабораториях, в производстве веществ для современной техники, в медицине для приготовления лекарств.
1 Термин происходит от латинского слова distillatio - стекание каплями.
В промышленности перегонкой нефти (смесь многих веществ, преимущественно - жидкостей) получают бензин, керосин, дизельное горючее.
В лаборатории перегонку осуществляют на специальной установке (рис. 31). При нагревании смеси жидкостей сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Его пар выходит из сосуда, охлаждается, конденсируется1, и образовавшаяся жидкость стекает в приемник. Когда этого вещества уже не будет в смеси, температура начнет повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент. Нелетучие жидкости остаются в сосуде.
Рис. 31.Лабораторная установка для перегонки:
а - обычная;
1 - смесь жидкостей с разными температурами кипения;
2 - термометр;
3 - водяной холодильник;
4 - приемник
6 - упрощенная
Разделение различных смесей происходит и в природе. Из воздуха оседают частицы пыли, а во время дождя и снега - капельки воды, снежинки. В результате отстаивания мутная вода становится прозрачной. От нерастворимых веществ вода очищается и при прохождении через песок. После испарения воды на берегах лиманов остаются соли, которые были растворены в ней. Из воды, вытекающей из скважины, выделяются растворенные газы.
1 Термин происходит от латинского слова condensatio - сгущение, уплотнение.
Выводы
Каждое вещество содержит примеси. Чистым считают вещество, в котором примесей почти нет.
Смеси веществ бывают однородными и неоднородными. В однородной смеси компоненты невозможно обнаружить наблюдением, а в неоднородной смеси это возможно.
Некоторые физические свойства однородной смеси отличаются от свойств компонентов. В неоднородной смеси свойства компонентов сохраняются.
Неоднородные смеси веществ разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда - действием магнита, а однородные - выпариванием и перегонкой (дистилляцией).
?
29. Какие типы смесей существуют и чем они отличаются?
30. Запишите приведенные слова и словосочетания в соответствующие столбцы помещенной ниже таблицы: алюминий, пепел, газетная бумага, ртуть, воздух, йодная настойка, гранит, лед из чистой воды, углекислый газ, железобетон.
| Чистые вещества | Смеси | |
| однородные | неоднородные | |
31. Назовите несколько продуктов питания, которые являются растворами.
32. Какой популярный напиток в зависимости от способа приготовления бывает однородной или неоднородной смесью?
33. Можно ли водный раствор поваренной соли превратить в неоднород ную смесь? Если можно, то как это сделать?
34. Какие смеси можно разделить фильтрованием: а) смесь песка и глины; б) смесь спирта и медных опилок; в) смесь воды и бензина; г) смесь воды с кусочками пластмассы? Назовите вещества, которые останутся на фильтре.
35. Как бы вы разделили смесь: а) поваренной соли и мела; б) спирта и воды? Какие различия в свойствах веществ дают возможность использовать выбранный вами метод?
36. Продумайте эксперимент по разделению смеси поваренной соли, песка, железных и древесных опилок. Составьте его план, кратко опишите каждый этап эксперимента и расскажите об ожидаемых результатах.
Экспериментируем дома
Отстаивание
В два стакана налейте воды. В один стакан насыпьте 1/2 чайной ложки песка, а в другой - столько же крахмала. Одновременно перемешайте обе смеси. С одинаковой ли скоростью оседают частицы веществ в воде? Если нет, то какие частицы оседают быстрее и почему?
Свои наблюдения запишите в тетрадь.
Разделение смеси трех твердых веществ
Смешайте небольшие количества измельченного пенопласта, песка и поваренной соли.
Какие методы можно использовать для разделения этой смеси?
Разделите смесь 1 . Если необходимо нагревание, осуществляйте его очень осторожно.
Каждый этап эксперимента опишите в тетради.
Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. - К.: ВЦ «Академія», 2008. - 136 с.: іл.
