07. Методы разделения и очистки веществ

Материал урока содержит сведения о различных способах разделения смесей и очистки веществ. Вы научитесь использовать знания о различиях свойств компонентов смеси для выбора оптимального метода разделения той или иной смеси.

Определим различие между методами разделения смесей и методами очистки веществ.

Как разделить смесь, состоящую из песка и глины? Это одна из стадий в керамическом производстве, например в производстве кирпичей. Для разделения такой смеси используют метод отстаивания. Смесь помещают в воду и перемешивают. Глина и песок с разной скоростью оседают в воде. Песок осаждается значительно быстрее глины (рис. 1).

Метод отстаивания используют также для разделения смесей нерастворимых в воде твёрдых веществ с разной плотностью. Например, так можно разделить смесь железных и древесных опилок (древесные опилки в воде всплывут, а железные осядут).

Смесь растительного масла и воды тоже можно разделить методом отстаивания, так как масло не растворяется в воде и имеет меньшую плотность (рис. 2).

Отстаиванием можно разделять смеси нерастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью.

Для разделения смеси поваренной соли и речного песка можно воспользоваться методом отстаивания (при смешении с водой соль растворится, песок осядет), но надёжнее будет отделить песок от раствора соли другим методом — методом фильтрования.

Фильтрование данной смеси можно провести с помощью бумажного фильтра и воронки, опущенной в стакан. Крупинки песка остаются на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр. В данном случае речной песок — это осадок, а раствор соли — фильтрат (рис. 3).

Выделить соль из фильтрата можно с помощью выпаривания. Для этого необходимо нагреть смесь. При нагревании вода испарится, а соль останется на фарфоровой чашке.

Иногда применяют упаривание — частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов.

Если в смеси присутствует вещество, способное к намагничиванию, то его легко выделить в чистом виде с помощью магнита. Например, так можно разделить смесь порошков серы и железа.

Смесь железа и серы можно разделить ещё одним методом, используя знание о смачиваемости компонентов смеси водой.

Флотация — процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом, минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой.

Железо смачивается водой, вода растекается по поверхности железа. Сера же водой не смачивается. Если поместить в воду кусочек железа, то он утонет, так как плотность железа больше плотности воды. А вот порошок серы всплывет, так как к не смачивающимся водой крупинкам серы прилипают пузырьки воздуха и выталкивают их на поверхность. Для разделения смеси нужно поместить её в воду. Порошок серы всплывет, а железо утонет (рис. 4).

Один из древнейших методов разделения смесей — перегонка (дистилляция). С помощью этого метода можно разделять компоненты, растворимые друг в друге, имеющие разные температуры кипения.

Близкие по свойствам компоненты можно разделить с помощью метода хроматографии. Этот способ основан на различном поглощении разделяемых веществ поверхностью другого вещества.

Хроматография — физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами — неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную.

Так, красные чернила можно разделить на компоненты (воду и красящее вещество) посредством хроматографии. Для этого полоску из фильтровальной бумаги подвешивают над сосудом с красными чернилами, конец полоски опускают в чернила (рис. 5). После этого можно увидеть, что жидкость начинает подниматься по полоске вверх, причём граница, отделяющая красные чернила от воды, будет находиться не на одном уровне. Красные чернила будут медленнее, чем вода, подниматься по полоске, так как молекулы красящих веществ сильнее притягиваются молекулами фильтровальной бумаги.

В химических лабораториях хроматографию осуществляют с помощью специальных приборов — хроматографов (рис. 6), основные части которого — хроматографическая колонка и детектор.

Для очистки некоторых веществ в химии широко используется адсорбция. К адсорбентам относится, например, активированный уголь.

Попробуйте опустить таблетку активированного угля в сосуд с подкрашенной водой, перемешайте, отфильтруйте и увидите, что фильтрат стал бесцветным. Атомы угля притягивают к себе молекулы вещества, в данном случае красителя.

В настоящее время адсорбция широко применяется для очистки воды и воздуха. Например, фильтры для очистки воды содержат в качестве адсорбента активированный уголь.

Полезные ссылки

1. Список рекомендованных источников.

2. Хроматография: история открытия, основные понятия, область применения.

Проверьте себя

1. Чем методы очистки веществ отличаются от методов разделения смесей?

2. Для смеси из песка, соли и железных опилок укажите наиболее подходящий метод извлечения каждого компонента из смеси. Объясните, почему вы выбрали именно тот или иной метод.

3. В сахар случайно попала раскрошенная пробка. Каким методом можно очистить сахар от пробки?

Список использованных источников:

Рис. 1, 5. Автор Хабибуллин А. О. (СХАО-9125 от 09.01.2025 г.)

Рис. 1а, 1б, 1в, 2-4, 6. Изображения используются согласно лицензии Shutterstock / FOTODOM

Рис. 1. Источник: wikipedia.org / название: Mikhail Tsvet / атрибуция: Общественное достояние, автор: Materialscientist