Химия. 7 класс. Попель

§ 8. Методы разделения смесей

Материал параграфа поможет вам:

  • выяснить суть основных методов разделения смесей веществ;
  • выбирать метод разделения смеси в зависимости от ее типа, агрегатного состояния и свойств компонентов.

Часто возникает необходимость выделить из смеси один компонент (например, отделить добытый уголь от негорючих веществ) или очистить вещество от примесей. Иногда из смеси извлекают каждый компонент для его дальнейшего использования. На уроках природоведения вы узнали о таких методах разделения смесей, как отстаивание, выпаривание, а также научились проводить фильтрование. Известны и другие методы разделения смесей. Выбирая метод, учитывают тип смеси, агрегатные состояния компонентов и их различия по физическим свойствам (схема 3).

Схема 3

Методы разделения смесей

Отстаиванием можно разделить неоднородную смесь твердого вещества и жидкости или аналогичную смесь двух жидкостей.

Вещество, имеющее большую плотность, постепенно накапливается в нижней части смеси. Например, глина, смешанная с водой, оседает на дно сосуда, а древесные опилки всплывают. Интенсивно перемешанная смесь воды и бензина за короткое время разделяется на два слоя. В верхнем слое оказывается более легкая жидкость — бензин, а в нижнем — вода.

Неоднородные смеси, в которых твердые частицы очень медленно оседают в жидкости, разделяют центрифугированием. Основой лабораторной центрифуги (рис. 35) является ротор, в котором закрепляют специальные пробирки с неоднородной смесью твердого и жидкого веществ. При вращении ротора в пробирках происходит осаждение твердого вещества (оно имеет большую плотность), а над ним остается прозрачная жидкость.

Центрифуга имеется в стиральной машине. Белье отделяется в ней от жидкости, которая вытекает через небольшие отверстия в стенках центрифуги в нижнюю часть машины.

Рис. 35. Лабораторная центрифуга

Неоднородную смесь твердого вещества и жидкости или твердого вещества и газа можно разделить фильтрованием (с. 26). С этой целью смесь пропускают через фильтр — специальную бумагу или ткань, вату, песок. Частицы твердого вещества задерживаются фильтром, а жидкость или газ проходит через его поры, промежутки между волокнами или частицами.

Процесс фильтрования лежит в основе работы респиратора — устройства, которое используют люди, работающие в запыленном пространстве. В нем имеются фильтры, препятствующие попаданию пыли в легкие (рис. 36). Простейший респиратор — повязка из нескольких слоев марли. Фильтр, который извлекает пыль из воздуха, есть также в пылесосе.

Рис. 36. Рабочий в респираторе

С помощью магнита из промышленных и бытовых отходов извлекают железо. Таким способом обогащают железную руду — магнетит. Благодаря способности частиц этой руды притягиваться к магниту ее отделяют от песка, глины, почвы.

Для выделения твердого вещества из однородной смеси с летучей жидкостью1 используют выпаривание (с. 28). Смесь помещают в открытый сосуд и нагревают. Жидкость постепенно превращается в пар, а в сосуде остается твердое вещество.

1 Жидкость называют летучей, если она имеет невысокую температуру кипения. Среди таких жидкостей — медицинский эфир (температура кипения при давлении 760 мм рт. ст. +34,6 °С), ацетон (+56,5 °С), этиловый спирт (+78,3 °С), вода (+100 °С).

Перегонка, или дистилляция1, — метод разделения смесей (преимущественно однородных) жидкостей, а также очистки жидкости от растворенных в ней веществ. На заводах перегонкой нефти, которая является смесью многих веществ, получают бензин, керосин, дизельное топливо.

В лаборатории перегонку осуществляют так, как показано на рисунке 37. При нагревании смеси жидкостей сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Его пар выходит из сосуда, охлаждается, конденсируется2, а образовавшаяся жидкость стекает в приемник. Когда этого вещества не останется в смеси, температура начнет повышаться. В этот момент заменяют приемник. Через некоторое время закипает другой компонент смеси. Нелетучие жидкости остаются в сосуде.

Перегонкой очищают водопроводную воду от примесей. Полученную чистую воду называют дистиллированной. Ее используют в научно-исследовательских лабораториях, при получении веществ с особыми свойствами для новейшей техники, в фармакологии и т. п.

Рис. 37. Лабораторная установка для перегонки: а — обычная; б — упрощенная

1 — смесь жидкостей с разными температурами кипения; 2 — термометр; 3 — водяной холодильник; 4 — приемник; 5 — вода со льдом

1 Термин происходит от латинского слова distillatio — стекание каплями.

2 Термин происходит от латинского слова condensatio — сгущение, уплотнение.

Разделение смесей происходит и в природе. Из воздуха на земную поверхность оседают частицы пыли, а во время дождя и снега — попадают капли воды, снежинки. Мутная вода при отстаивании становится прозрачной. Она также очищается от нерастворимых веществ, проходя через песок. После испарения воды на берегах лиманов остаются соли, которые были растворены в ней. Из воды, вытекающей из скважины, выделяются растворенные газы.

Иногда самопроизвольное разделение смесей является нежелательным. Это касается некоторых пищевых продуктов (майонез, соусы, кремы), косметических средств. Чтобы предотвратить «разрушение» таких смесей, к ним добавляют специальные вещества — стабилизаторы, эмульгаторы. Эти добавки обязательно должны быть безопасными для организма человека.

Выводы

Существуют различные методы разделения смесей на отдельные вещества (компоненты). При их выборе учитывают тип смеси, агрегатные состояния и физические свойства компонентов.

Неоднородные смеси разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда — с помощью магнита, а однородные — выпариванием, перегонкой (дистилляцией).

46. Найдите соответствие, учитывая возможность применения нескольких методов разделения определенной смеси:

Тип смеси

  • 1) неоднородная смесь двух жидкостей;
  • 2) однородная смесь двух жидкостей;
  • 3) неоднородная смесь жидкости и твердого вещества;
  • 4) однородная смесь жидкости и твердого вещества;

Метод разделения смеси

  • а) отстаивание;
  • б) фильтрование;
  • в) перегонка.

47. 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.

48. Какой метод — фильтрование или отстаивание — позволяет разделить неоднородную смесь жидкого и твердого веществ с минимальными потерями компонентов?

49. Какую смесь приходилось разделять вам или вашим родителям в домашних условиях? Какой метод был использован для этого?

50. Как бы вы разделили смесь: а) поваренной соли и мела; б) спирта и воды? Какие отличия в свойствах веществ дают возможность использовать выбранный вами метод?

51. По материалам из интернета подготовьте небольшое сообщение о том, как в промышленности разделяют воздух на его основные компоненты — азот и кислород.

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Разделение смесей при добыче полезных ископаемых

Полезные ископаемые почти всегда являются смесями веществ. Важным процессом на предприятиях горнодобывающей промышленности является обогащение металлических руд. Его суть заключается в разделении смесей твердых веществ с отделением компонентов, из которых получают металлы. Измельченную смесь смешивают с водой и пенообразователем. При сильном перемешивании ценное вещество переходит в пену, которую собирают и извлекают из нее нужный компонент фильтрованием. Методом, основанным на разнице плотностей веществ, вымывают потоком воды глину, песок, другие вещества из золотоносного песка или горной породы, а тяжелые крупинки золота остаются на дне резервуара.

Расскажем, как извлекают серу из подземных залежей. Это вещество плавится при невысокой температуре (112,8 °С). Такое свойство дало возможность разработать метод добычи серы, используемый в мире уже более 100 лет. Он основан на выплавке серы под землей. В месторождение направляют под мощным давлением воду, нагретую до температуры, превышающей температуру плавления серы. Это вещество плавится и по трубопроводу выходит на поверхность, где остывает и затвердевает, а другие вещества остаются под землей. Таким методом добывают серу и в Украине (в Прикарпатье).