Чи знаєте ви, які існують способи розділення сумішей? Не поспішайте з негативною відповіддю. Багато з них ви застосовуєте у своїй повсякденній діяльності.
Чиста речовина: що це таке
Атоми, молекули, речовини і суміші – це основні хімічні поняття. Що вони позначають? У таблиці Менделєєва Д. І. 118 хімічних елементів. Це різні типи елементарних частинок – атомів. Вони відрізняються між собою масою.
З’єднуючись між собою, атоми утворюють молекули, або речовини. Останні, з’єднуючись між собою, утворюють суміші. Чисті речовини мають постійний склад і властивості. Це однорідні структури. Але їх можна розділити на складові за допомогою хімічних реакцій.
Вчені стверджують, що чистих речовин в природі практично не існує. Незначна кількість домішок є в кожному з них. Це відбувається тому, що більшість речовин відрізняються активністю. Навіть метали, занурені у воду, розчиняється в ній на рівні іонів.
Склад чистих речовин завжди постійний. Змінити його просто неможливо. Так, якщо в молекулі вуглекислого газу збільшити кількість вуглецю або кисню, це буде вже зовсім інша речовина. А в суміші можна збільшити або зменшити кількість компонентів. Це змінить її складу, але не факт існування.
Що таке суміш
Сукупність декількох речовин називають сумішшю. Вони можуть бути двох видів. Якщо окремі компоненти в суміші невиразні, її називають однорідною, або гомогенної. Є ще одна назва, яка найчастіше застосовується в побуті – розчин. Компоненти такої суміші можна розділити фізичними методами. Приміром, з соляного розчину не вийде механічно отримати кристали, які в ній розчинені. У природі зустрічаються не тільки рідкі розчини. Так, повітря – це газоподібне однорідна суміш, а сплав металів – тверда.
В неоднорідних, або гетерогенних сумішах окремі частинки помітні неозброєним оком. Вони відрізняються один від одного складом і властивостями. Це означає, що відокремити їх одне від одного можна чисто механічно. З таким завданням чудово впоралася Попелюшка, яку зла мачуха змусила відокремити квасоля від гороху.
Хімія: способи розділення сумішей
У побуті і природі зустрічається величезна кількість сумішей. Як правильно підібрати спосіб їх розподілу? Він обов’язково повинен бути заснований на фізичних властивостях окремих компонентів. Якщо речовини мають різну температуру кипіння, то ефективними будуть випарювання з подальшою кристалізацією, а також дистиляція. Такі способи застосовують для поділу гомогенних розчинів. Для розділення неоднорідних сумішей використовують розходження в інших властивостей їх складових: щільності, змочуваності, розчинності, розмірах, магнитности і т. д.
Фізичні способи розділення сумішей
При відділенні компонентів суміші складу самих речовин не змінюється. Тому не можна назвати способи розділення сумішей хімічним процесом. Так, шляхом відстоювання, фільтрування і впливу магнітом можна розділити окремі компоненти механічно. В лабораторії при цьому використовуються різні прилади: ділильна лійка, фільтрувальний папір, магнітні смуги. Це способи розділення неоднорідних сумішей.
Просіювання
Цей спосіб є, мабуть, самим простим. З ним знайома кожна домогосподарка. Заснований він на відмінності в розмірах твердих компонентів суміші. Просіювання застосовується в побуті при відділенні борошна від домішок, личинок комах і різних забруднень. У сільськогосподарському виробництві таким чином очищають зерна злаків від стороннього сміття. Будівельники просіюють суміш піску і гравію.
Відстоювання
Цей спосіб розділення сумішей застосовується для компонентів з різною щільністю. Якщо пісок потрапив у воду, одержаний розчин потрібно добре перемішати і залишити на деякий час. Те ж можна зробити з сумішшю води та олії або нафти. Пісок осяде на дно. А ось масло, навпаки, буде збиратися зверху. Такий спосіб спостерігається в побуті і природі. Приміром, з диму осідає сажа, з туману – окремі краплі роси. А якщо залишити домашнє молоко на ніч, то до ранку можна буде зібрати вершки.
Фільтрування
Любителі заварного чаю застосовують цей метод щодня. Мова йде про фільтруванні – спосіб розділення сумішей, заснований на різній розчинності компонентів. Уявіть, що у воду потрапили залізні ошурки й сіль. Великі нерозчинні частки залишаються на фільтрі. А розчинна сіль пройде крізь нього. Принцип цього методу лежить в основі роботи пилососів, дії респіраторних масок і марлевих пов’язок.
Дія магнітом
Запропонуйте спосіб розділення сумішей порошків сірки і заліза. Природно, це дію магнітом. Всі метали здатні до цього? Зовсім ні. За ступенем готовності розрізняють три групи речовин. Наприклад, золото, мідь і цинк не прикріпити до магніту. Вони входять у групу діамагнетиків. Слабким сприйняттям відрізняються магній, платина і алюміній. А ось якщо до складу суміші входять феромагнетики, то цей метод буде найефективнішим. До них відносяться, наприклад, залізо, кобальт, нікель, тербий, гольмий, тулий.
Випарювання
Який спосіб розділення сумішей підійде для водного однорідного розчину? Це випарювання. Якщо у вас є тільки солона вода, а потрібна чиста – не варто відразу засмучуватися. Потрібно нагріти суміш до температури кипіння. В результаті вода випарується. А на дні посуду будуть помітні кристали розчиненої речовини. Щоб зібрати воду, її необхідно конденсувати – перевести з газоподібного стану в рідкий. Для цього пари охолоджуються, торкаючись поверхні з меншою температурою, і стікають в приготовлену тару.
Кристалізація
В науці цей термін розглядається в більш широкому значенні. Це не просто метод отримання чистих речовин. За своєю природою кристалами є айсберги, мінерали, кістки і зубна емаль.
Їх зростання відбувається за наявності однакових умов. Кристали формуються в результаті охолодження рідин або перенасичення пара, а в подальшому температура вже не повинна змінюватися. Таким чином, спочатку досягаються деякі граничні умови. В результаті виникає центр кристалізації, навколо якого збираються атоми рідини, розплаву, газу або скла.
Дистиляція
Напевно ви чули про воду, яку називають дистильованої. Ця очищена рідина необхідна для виготовлення лікарських засобів, лабораторних досліджень, систем охолодження. А отримують її в спеціальних приладах. Вони називаються дистилляторами.
Дистиляція – це спосіб розділення сумішей речовин з різною температурою кипіння. У перекладі з латинської мови термін означає “стікання краплями”. За допомогою цього методу, наприклад, можна виділити спирт і воду з розчину. Перша речовина почне закипати при температурі +78 оС. Пари спирту надалі конденсуються. Вода ж залишиться в рідкому вигляді.
Подібним способом з нафти отримують продукти її переробки: бензин, гас, газойль. Цей процес не є хімічною реакцією. Нафта розділяється на окремі фракції, кожна з яких має свою температуру кипіння. Відбувається це в кілька етапів. Спочатку здійснюється первинна сепарація нафти. Її очищають від попутного газу, механічних домішок і водяних парів. На наступному етапі отриманий продукт поміщають в ректифікаційні колони і починають нагрівати. Це і є атмосферна перегонка нафти. При температурі менше 62 градусів випаровуються залишки попутного газу. Нагріваючи суміш до 180 градусів, отримують бензинові фракції, до 240 – гас, до 350 – дизельне паливо. Залишком термічної переробки нафти є мазут, який використовують в якості мастильного матеріалу.
Хроматографія
Цей метод отримав назву за прізвищем вченого, який вперше використав його. Звали його Михайло Семенович Колір. Спочатку метод застосовували для розділення пігментів рослин. А дослівно хроматографія перекладається з грецької мови як “пишу кольором”. Опустимо фільтрувальний папір у суміш води і чорнила. Перша відразу почне вбиратися. Це обумовлено різним ступенем адсорбуючих властивостей. При цьому також враховується дифузія і ступінь розчинності.
Адсорбція
Деякі речовини мають здатність притягувати молекули іншого виду. Наприклад, ми приймаємо активоване вугілля при отруєнні, щоб позбутися від токсинів. Для цього процесу необхідна поверхня розділу між двома фазами.
Цей спосіб застосовують в хімічній промисловості при виділенні бензолу з газоподібних сумішей, очищення рідких продуктів переробки нафти, їх очищення від домішок.
Отже, у нашій статті ми розглянули основні способи розділення сумішей. Людина використовує їх як в побуті, так і в промислових масштабах. Вибір способу залежить від виду суміші. Важливим чинником є особливості фізичних властивостей її компонентів. Для розділення розчинів, в яких окремі частини візуально однакові, використовують методи випарювання, кристалізації, хроматографію і дистиляцію. Якщо окремі компоненти можна визначити, такі суміші називають неоднорідними. Для їх поділу застосовують способи відстоювання, фільтрування і дії магнітом.
