Хімія. 7 клас. Мідак

§ 15. Способи розділення сумішей

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

про способи розділення однорідних і неоднорідних сумішей;
що таке хроматографія;
як користуватися ділильною лійкою.

Сьогодні читала казку про Попелюшку. Бідолашна... Вона виконувала багато хатньої роботи, а зла мачуха ще й створювала для неї різні суміші круп для розділення. Я от подумала, а чи можна підібрати швидкий і надійний спосіб розділення суміші? Чи всі суміші можна розділити однаково? Чи є універсальний спосіб розділення суміші?

• Чи існує взаємозв’язок між фізичними властивостями речовини та способом її виділення із суміші?

Опрацьовуємо інформацію

Ми вже говорили з вами про те, що речовини в природі переважно знаходяться у вигляді сумішей. У зв’язку з цим виникає питання, а чи можна розділити суміш або виділити з неї якийсь певний компонент.

• Які способи розділення сумішей ви вивчали в 5-6 класах?

Для однорідних і неоднорідних сумішей використовують різні способи розділення.

Способи розділення однорідних сумішей

• Використовуючи додаткові джерела інформації, з’ясуйте, як одержують кухонну сіль. Який спосіб розділення сумішей використовують?

Для виділення твердої речовини з однорідної суміші з рідиною, наприклад кухонної солі з розчину, використовують випарювання.

Під час випарювання (мал. 15.1) однорідну суміш поміщають у відкриту посудину й повільно нагрівають. Розчинник, наприклад вода, закипає й поступово перетворюється на пару, а в посудині залишається тверда речовина.

Робота в групах

Розгляньте малюнок і назвіть основні етапи випарювання.

Мал. 15.1. Етапи випарювання

Перегонка, або дистиляція — спосіб розділення однорідних сумішей, які утворюються з рідин, температури кипіння яких відрізняються, наприклад, суміші води й спирту.

Робота в парі

Використовуючи додаткові джерела інформації, заповніть таблицю.

	Вода	Спирт
Температура кипіння, °С

Поміркуйте, чому суміш цих речовин можна розділити перегонкою.

Під час перегонки процес розділення сумішей рідин на компоненти відбувається випаровування з наступною конденсацією без доступу повітря. Досягнувши температури кипіння, компонент суміші починає випаровуватися (мал. 15.2), пари піднімаються вгору та рухаються до холодильника. У холодильнику пара конденсується й краплі рідини (дистиляту) стікають у колбу-приймач. Підвищивши температуру суміші до температури кипіння наступного компонента, можемо зібрати його в окрему колбу і т.д.

Мал. 15.2. Схема установки для перегонки

Способи розділення неоднорідних сумішей

Як вам уже відомо, якщо в неоднорідній суміші є частинки металу, то їх легко можна відокремити дією магніту (наприклад, пісок і залізні ошурки, мал. 15.3).

Мал. 15.3. Розділення суміші дією магніту

• Що відбувається, якщо змішати пісок із водою та залишити одержану суміш на деякий час? Як розділити компоненти даної суміші?

Спосіб розділення, який використано під час даного експерименту, називають відстоювання (мал. 15.4). Так можна розділити неоднорідну суміш твердої речовини та рідини або двох рідин, які не змішуються. Суть його дуже проста: речовина, що має більшу густину, з часом накопичується в нижній частині суміші, речовина з меншою густиною — у верхній. Для розділення суміші рідин використовують ділильну лійку.

Мал. 15.4. Розділення суміші рідин відстоюванням

Неоднорідну суміш твердої речовини й рідини можна розділити фільтруванням.

Фільтрування — це спосіб відокремлення рідини від нерозчинної в ній твердої речовини.

Під час фільтрування потрібно використати фільтр — спеціальний папір, вату, тканину тощо. Основні етапи складання простого фільтра показані на мал. 15.5.

Мал. 15.5. Складання фільтра

Після пропускання неоднорідної суміші через фільтр частинки твердої речовини залишаться на ньому, а рідина пройде крізь його пори (мал. 15.6).

Мал. 15.6. Розділення суміші фільтруванням

Хроматографія як фізико-хімічннй метод розділення сумішей

Хроматографія — це фізико-хімічний метод розділення та аналізу сумішей. Суть його полягає в розподілі компонентів суміші між двома фазами: рухомою (вода, спирт та інші розчинники або їхні суміші) та нерухомою (твердий матеріал). Під час хроматографії рухома фаза рухається нерухомою фазою та зумовлює рух окремих компонентів суміші. Унаслідок відмінностей між фізичними та хімічними властивостями окремих компонентів суміші, швидкості їхнього руху нерухомою фазою будуть різними. Тому вони відокремляться одне від одного та по-різному розташуються на хроматограмі.

Хроматографічними методами можна розділити суміші рідин і газуватих речовин.

Найпоширеніші види хроматографії:

газова хроматографія (рухомою фазою є газ);
рідинна хроматографія (рухомою фазою є рідина).

Універсальним лабораторним методом є тонкошарова хроматографія.

Основні етапи тонкошарової хроматографії показано на мал. 15.7.

Мал.15.7. Етапи тонкошарової хроматографії

Досліджуємо

1. Дія магніту.

Робота в групах

Змішайте на аркуші паперу порошок маґнію та залізні ошурки. Спробуйте відділити залізні ошурки від порошку маґнію за допомогою магніту: для цього повільно порухайте магнітом під аркушем. Уважно поспостерігайте за частинками компонентів даної суміші. Що відбувається? Зробіть висновок.

2. Відстоювання.

Змішайте в склянці олію з водою. Розгляньте одержану суміш. Опишіть її властивості. Поміркуйте, як можна розділити дану суміш. Сформулюйте гіпотезу.

Розгляньте ділильну лійку та закріпіть її в штативі (як показано на мал. 15.4). Розмістіть конічну колбу під лійкою. Перелийте досліджувану суміш у лійку та залишіть її в спокої на деякий час. Знову розгляньте суміш. Що ви помітили?

Обережно відкрийте кран і злийте нижній шар суміші в конічну колбу, після чого перекрийте кран. Який компонент суміші залишився в лійці? Чому? Чи вдалося розділити суміш олії з водою? Проаналізуйте причини невдач, якщо вони були.

3. Хроматографія.

Для роботи нам потрібно: фломастери (3 шт.), фільтрувальний папір (3 арк.), чашки Петрі (3 шт.), шматочки порожнього картриджа фломастера (3 шт.), спирт, піпетка.

Спочатку візьміть 3 фломастери улюблених кольорів.

Чорнило — це чиста речовина чи суміш речовин? Які речовини зумовлюють колір чорнила фломастера? Сформулюйте гіпотезу, ознайомтеся з порядком виконання експерименту та спрогнозуйте його результати.

1. Візьміть три невеликі аркуші фільтрувального паперу круглої форми, три чашки Петрі (фільтрувальний папір повинен вміщатися в чашку Петрі) і декілька шматочків порожнього картриджа фломастера.

2. У центрі кожного аркуша фільтрувального паперу намалюйте фломастерами коло, діаметром приблизно 5-7 мм. Покладіть аркуші фільтрувального паперу зі зразками чорнила різних кольорів у різні чашки Петрі.

3. На чорнилі розмістіть шматочки порожнього картриджа фломастера та змочіть його спиртом із використанням піпетки.

4. Спостерігайте за рухом лінії фронту та за змінами, що відбуваються під час хроматографії. Проаналізуйте, що у вашому досліді буде рухомою фазою, а що — нерухомою? Зупиніть експеримент (заберіть шматки картриджів і вийміть хроматограми з чашок Петрі) тоді, коли лінія фронту буде на відстані приблизно 1-1,5 см від краю паперу. Висушіть отримані хроматограми на повітрі.

5. Уважно розгляньте хроматограми. Які кольори ви побачили на папері? Зробіть висновки. Представте отримані вами хроматограми в класі. Чи підтвердилися ваші припущення? Обговоріть з однокласниками/однокласницями, як утворено кольорові чорнила.

6. Представте результати експерименту іншим групам у вигляді схеми «Суміші та способи їх розділення». Оцініть роботу учасників/учасниць вашої групи, а також роботу інших груп за попередньо обраними критеріями.

Пояснюємо, творимо, використовуємо в житті

1. Закінчіть речення:

• Для розділення однорідних сумішей використовують ...

• Для розділення неоднорідних сумішей використовують ...

• Хроматографія — це ...

• Ділильну лійку використовують для ...

• Фільтрування — це ...

• За хроматограмою можна встановити ...

2. Дайте відповіді на запитання:

• Що таке випарювання? Для яких сумішей використовують цей метод розділення?

• Що таке відстоювання? Для яких сумішей використовують цей метод розділення?

• Що таке фільтр? З яких матеріалів можна зробити фільтр?

3. Наведіть приклади однорідних сумішей і поясніть, як їх розділити на окремі компоненти.

4. Наведіть приклади неоднорідних сумішей і поясніть, як їх розділити на окремі компоненти.

5. Поясніть, у яких випадках потрібно використати дистиляцію для розділення сумішей.

6. Наведіть приклади з повсякденного життя, у яких вам доводилося розділяти суміші. Які способи ви використовували? Чи досягли бажаного результату?

7. Який спосіб ви запропонуєте для розділення суміші залізних ошурків і кухонної солі?

8. Який спосіб ви запропонуєте для розділення суміші бензину та води? Чому?

9. Запропонуйте послідовність розділення:

1) суміші залізних ошурків, піску та кухонної солі;

2) суміші тирси, спирту та води.

10. Невелика група юних дослідників і дослідниць вирушила в експедицію в Карпати з метою підрахунку популяції червонокнижного виду амфібії — саламандри вогнистої. Розклавши намети, юні науковці та науковиці побачили, що один із їхніх наплічників перевернувся, і вся сіль висипалася на землю. Та й питної води виявилося мало.

1) Як дослідникам і дослідницям отримати чисту сіль у цих умовах?

2) Використовуючи додаткові інтернет-джерела, відшукайте інформацію, як знайти питну воду в Карпатах.

3) У який спосіб, у разі потреби, можна виготовити фільтр для очистки води в поході?

Перевірте себе

1. Укажіть, яким способом можна розділити суміш спирту та води:

а) випарюванням
б) фільтруванням
в) перегонкою
г) відстоюванням

2. Укажіть, яким способом можна розділити суміш води та крейди:

а) випарюванням
б) фільтруванням
в) перегонкою
г) дією магніту

3. Укажіть суміш, водний розчин якої неможливо розділити на компоненти фільтруванням:

а) сіль + сода
б) цукор + пісок
в) сода + крейда
г) цукор+вугілля

4. Знайдіть і виправте помилки, якщо вони є в даних твердженнях:

1) Для однорідних і неоднорідних сумішей використовують однакові способи розділення.

2) Для виділення твердої речовини з однорідної суміші з рідиною, наприклад, кухонної солі з розчину, використовують фільтрування або перегонку.

Виявляється, не завжди один і той самий спосіб розділення суміші буде ефективним. Це залежить від багатьох факторів. Тому спочатку треба проаналізувати, яку суміш потрібно розділити, з яких компонентів вона складається, які властивості цих компонентів. І тільки після цього підбирати спосіб розділення. Тепер я розумію, чому мені раніше не завжди вдавалося розділити суміші.

Запишіть нові слова, які ми вивчили:

evaporation — випарювання;

filter — фільтр;

chromatography — хроматографія.

Чи все вам сьогодні вдалося? Внесіть інформацію про ваші досягнення в карту успіху.

Навчальний проєкт. Кольори осені

Матеріали та обладнання: листки рослин (зеленого, жовтого та червоного кольорів), крейда, пісок, спирт, ступка й товкачик, хімічні склянки, лійки, фільтрувальний папір, піпетки.

Розгляньте листя кімнатних рослин (зелене, жовте, червоне). Використовуючи додаткові джерела інформації, поясніть причину зеленого, жовтого та червоного кольору листків. Поміркуйте, чому восени листя змінює колір.

Про наявність яких речовин свідчить колір листя? Як виявити ці речовини?

Сформулюйте гіпотезу, ознайомтеся з порядком виконання експерименту та спрогнозуйте його результати.

Для аналізу пігментів, які є в листках рослин, використайте метод паперової хроматографії.

1. Підготуйте пробу із зелених листків для аналізу. Для цього подрібніть зелені листки, розітріть їх у ступці та додайте трохи крейди й піску. До одержаної суміші додайте 5 мл спирту та добре перемішайте. Через деякий час отриману витяжку відфільтруйте через паперовий фільтр.

2. Виріжте смужку фільтрувального паперу шириною, яка відповідатиме ширині хроматографічної камери. З одного боку смужки паперу на відстані 1 см від краю намалюйте лінію старту.

3. Нанесіть одержану витяжку вздовж лінії старту, підсушіть і повторіть нанесення проби декілька разів.

4. На дно склянки, яка буде виконувати роль хроматографічної камери, налийте декілька мілілітрів спирту.

5. Кінець смужки фільтрувального паперу з пробою обережно занурте в спирт так, щоб лінія старту залишилася над розчинником. Закріпіть смужку паперу нерухомо й спостерігайте за рухом розчинника та лінії фронту.

6. Після завершення хроматографування вийміть смужку паперу, просушіть її та уважно розгляньте хроматограму. Дослід повторіть із жовтим і червоним листям.

7. Порівняйте одержані хроматограми та зробіть висновки.

8. Презентуйте результати проєкту в класі.