Здравствуйте! Тема нашего урока – «Методы разделения и очистки веществ». На прошлом уроке вы познакомились с понятиями «чистое вещество» и «смесь». В науке существует множество различных методов разделения смеси на составляющие компоненты и методов очистки веществ. Сегодня вы познакомитесь с некоторыми из этих способов разделения смесей. Но для начала давайте разберемся, в чем разница между методами разделения смесей и методами очистки веществ.

 

Способы разделения смесей.

В первом случае очень важно получить в чистом виде все компоненты смеси. При очистке вещества получением в чистом виде примесей пренебрегают. Итак, давайте подумаем: как можно разделить смесь глины и песка? Это очень важная стадия в керамическом производстве. Например, при производстве кирпичей. В данном случае можно использовать метод отстаивания. Смесь помещают в воду, перемешивают, и, учитывая, что глина и песок оседают в воде с различной скоростью, эту смесь можно легко разделить. Песок осядет значительно быстрее глины, и глину легко отделить от песка. Методом отстаивания можно разделять смеси нерастворимых в воде твердых веществ с разной плотностью. Например, смесь железных и древесных опилок можно разделить, поместив эти опилки в воду и отстояв их некоторое время. Древесные опилки, имея плотность, меньшую плотности воды, всплывут, а железные осядут.

 

Смесь растительного масла и воды также можно разделить методом отстаивания, получив чистые вещества и смеси. Ведь это две жидкости, нерастворимые друг в друге, с различной плотностью. Растительное масло будет находиться сверху, над водой.

Для разделения смеси поваренной соли и речного песка также можно использовать методы отстаивания. Ведь поваренная соль растворится в воде, а песок осядет. Но надежнее будет отделить речной песок от раствора соли с помощью метода фильтрования. 

Фильтрование данной смеси можно провести с помощью бумажного фильтра и воронки. При этом раствор соли пройдет сквозь бумажный фильтр, а песок осядет на фильтровальной бумаге. Песок в данном случае является осадком, а раствор соли – фильтратом. Выделить соль из фильтрата можно при помощи метода выпаривания. Для этого данную смесь нагревают. Вода испаряется, а соль остается на стенках фарфоровой чашки. Также выделить соль из фильтрата можно с помощью упаривания, т.е. частичного испарения жидкости. В этом случае получается более концентрированный раствор, который при охлаждении дает осадок в виде соли. В данном случае используется метод кристаллизации.Такими способами разделения смесей мы получаем чистые вещества и смеси.

 

Если в смеси присутствует вещество, способное к намагничиванию, то его легко можно выделить из этой смеси с помощью магнита. Так, например, можно разделить смесь порошков серы и железа. Эту же смесь можно разделить еще одним методом, основанным на смачиваемости и несмачиваемости компонентов. Железо легко смачивается водой, т.е. вода растекается по поверхности железа, а вот сера водой не смачивается. Если вы поместите кусок серы в воду, то он утонет, т.к. плотность воды меньше плотности серы. А если опустите в воду порошок серы, то он всплывет. Дело в том, что к крупинкам серы, которые не смачиваются водой, прилипают пузырьки воздуха и выталкивают их на поверхность воды. Таким образом, чтобы разделись смесь порошков железа и серы, нужно поместить эту смесь в воду. Железо утонет, а порошок серы всплывет на поверхность. Метод разделения смеси, основанный на смачиваемости компонентов данной смеси, называют флотацией (от французского слова «флотер» (flotter) – «плавать».

 

Рассмотрим еще несколько методов разделения и очистки веществ. Один из древнейших  способов разделения смесей называется перегонкой, или дистилляцией. Этот метод основан на различных температурах кипения растворимых друг в друге жидкостей или других веществ. Например, дистиллированную воду получают путем нагревания смеси воды с примесями, при этом вода испаряется, и ее пары конденсируются в другом сосуде в виде дистиллированной воды.

 

Близкие по свойствам компоненты можно разделить с помощью метода хроматографии. Этот метод основан на различной скорости поглощения одних веществ поверхностью другого вещества. С помощью хроматографии можно разделить, например, красные чернила, т.е. разделяется смесь чернил на красящее вещество и воду. Для этого полоску из фильтровальной бумаги подвешивают над сосудом с красными чернилами. Конец полоски опускают в чернила. После этого можно увидеть, что жидкость начнет подниматься по полоске вверх, причем граница, отделяющая красные чернила от воды, будет находиться не на одном уровне. Красные чернила будут заметно медленнее, чем вода, подниматься по полоске. Дело в том, что вещества, составляющие красные чернила, а точнее, молекулы этих веществ сильнее притягиваются к молекулам фильтровальной бумаги.

 

В химических лабораториях хроматографию проводят в специальных приборах – хроматографах. Основу хроматографов составляют хроматографическая колонка и детектор. Показания этого прибора фиксирует самописец.

Для очистки некоторых веществ в химии используют абсорбцию. Абсорбция – это накопление одного вещества на поверхности другого вещества (абсорбента). К абсорбентам относятся, например, активированный уголь. Попробуйте дома провести несложный опыт. Поместите таблетку активированного угля в воду, подкрашенную чернилами, перемешайте, отфильтруйте – и вы увидите, что раствор стал бесцветным. Молекулы, составляющие красящее вещество поглотились поверхностью активированного угля. Сейчас абсорбция очень широко используется: с помощью фильтров, содержащих абсорбент – активированный уголь, очищают воду и воздух.

 

Сегодня на уроке вы познакомились с различными методами разделения и очистки веществ. Это отстаивание, фильтрование, выпаривание, перегонка, кристаллизация, абсорбция, хроматография. Запомните, пожалуйста, что для того чтобы выбрать нужный метод разделения или очистки веществ, нужно учитывать различия в свойствах компонентов.

 

Разные способы фильтрования смесей

Фильтрование можно производить не только с помощью бумажного фильтра. Для фильтрования можно использовать и другие сыпучие или пористые материалы. К сыпучим материалам, используемым при данном методе, относится, например, кварцевый песок. А к пористым – обожженная глина и стекловата. Также существует понятие метода «горячее фильтрование». С помощью этого метода можно разделять смеси твердых веществ с разными температурами плавления. Например, смесь железа и серы можно отделить с помощью метода горячего фильтрования. Ведь железо плавится при температуре более 1500 °С, а сера при температуре около 120 °С. Поэтому эти порошки – сера и железо – можно отделить, профильтровав через подогреваемую стекловату.

 

История дистилляции

Дистилляция в переводе с латинского означает «стекание каплями». Древнейшие описания схемы дистиллятора даны в сочинении по алхимии Марии (это 1 век н.э.). Дистиллятор имел сосуд, отводящую трубку и приемник, охлаждаемый влажной губкой. Так что дистилляция низкокипящих жидкостей в нем была невозможна. К сосуду можно было присоединять даже несколько приемников с трубками.

 

История открытия хроматографии

Хроматографию как метод разделения веществ в 1903 г. предложил русский ботаник М.С. Цвет (1872–1919). Его интересовала проблема, является ли природный зеленый краситель хлорофилл, входящий в состав листьев растений, индивидуальным веществом или смесью веществ? Для того чтобы выяснить это, он набил стеклянную трубку мелом, с одного конца прилил раствор хлорофилла и промыл его растворителем. Продвигаясь по трубке, хлорофилл образовал несколько зон, отличающихся окраской. В результате ученый установил, что хлорофилл – это смесь веществ. Предложенный метод разделения смесей он назвал хроматографией. В переводе дословно означает «цветопись».