2 способи поділу гетерогенної суміші. Тема: «Способи поділу сумішей» (8 клас)

Теоретичний блок

Визначення поняття «суміш» було дано XVII в. англійським вченим Робертом Бойлем: "Суміш - цілісна система, що складається з різнорідних компонентів".

Порівняльна характеристика суміші та чистої речовини

Класифікацію сумішей показано в таблиці:

Наведемо приклади суспензій (річковий пісок + вода), емульсій (олія + вода) та розчинів (повітря в колбі, кухонна сіль + вода, розмінна монета: алюміній + мідь або нікель + мідь).

Способи поділу сумішей

У природі речовини існують як суміші. Для лабораторних досліджень, промислових виробництв, потреб фармакології та медицини потрібні чисті речовини.

Для очищення речовин застосовуються різні способи поділу сумішей

Випарювання-виділення розчинених у рідині твердих речовин способом її перетворення на пару.

Дистиляція-перегонка, поділ речовин, що містяться в рідких сумішах за температурами кипіння з наступним охолодженням пари.

У природі вода у чистому вигляді (без солей) не зустрічається. Океанічна, морська, річкова, колодязна та джерельна вода – це різновиди розчинів солей у воді. Однак часто людям необхідна чиста вода, яка не містить солей (використовується в двигунах автомобілів; у хімічному виробництві для отримання різних розчинів та речовин; при виготовленні фотографій). Таку воду називають дистильованою, а спосіб її отримання дистиляцією.

Фільтрування - проціджування рідин (газів) через фільтр з метою їх очищення від твердих домішок.

Ці способи ґрунтуються на відмінностях у фізичних властивостях компонентів суміші.

Розглянемо способи поділу гетерогенних та гомогенних сумішей.

За допомогою хроматографії російський ботанік М. С. Колір вперше виділив хлорофіл із зелених частин рослин. У промисловості та лабораторіях замість фільтрувального паперу для хроматографії використовують крохмаль, вугілля, вапняк, оксид алюмінію. А чи завжди потрібні речовини з однаковим ступенем очищення?

Для різних цілей необхідні речовини з різним ступенем очищення. Воду для приготування їжі достатньо відстояти для видалення домішок та хлору, що використовується для її знезараження. Воду для пиття потрібно попередньо прокип'ятити. А в хімічних лабораторіях для приготування розчинів та проведення дослідів у медицині необхідна дистильована вода, максимально очищена від розчинених у ній речовин. Особливо чисті речовини, вміст домішок у яких не перевищує однієї мільйонної відсотка, застосовуються в електроніці, напівпровідниковій, ядерній техніці та інших точних галузях промисловості.

Способи вираження складу сумішей.

• 
  Масова частка компонента у суміші- Відношення маси компонента до маси всієї суміші. Зазвичай масову частку виражають у %, але з обов'язково.

• 
  Мольна частка компонента у суміші- Відношення числа моль (кількості речовини) компонента до сумарного числа моль всіх речовин у суміші. Наприклад, якщо в суміш входять речовини А, В та С, то:

• 
  Мольне співвідношення компонентів.Іноді у завданнях для суміші вказується молярне співвідношення її складових. Наприклад:

• 
  Об'ємна частка компонента у суміші (тільки для газів)- Відношення обсягу речовини А до загального обсягу всієї газової суміші.

практичний блок.

Розглянемо три приклади завдань, у яких суміші металів реагують з солянийкислотою:

приклад 1.При дії на суміш міді та заліза масою 20 г надлишком соляної кислоти виділилося 5,6 л газу (н.у.). Визначити масові частки металів у суміші.

У першому прикладі мідь не реагує із соляною кислотою, тобто водень виділяється при реакції кислоти із залізом. Таким чином, знаючи обсяг водню, ми відразу зможемо знайти кількість та масу заліза. І, відповідно, масові частки речовин у суміші.

Рішення прикладу 1.

1. 
   Знаходимо кількість водню:
   n = V/V m = 5,6/22,4 = 0,25 моль.
2. 
   По рівнянню реакції:
   
3. 
   Кількість заліза також 0,25 моль. Можна знайти його масу:
   m Fe = 0,25 56 = 14 р.
4. 
   Тепер можна розрахувати масові частки металів у суміші:
   ω Fe = m Fe /m всієї суміші = 14/20 = 0,7 = 70%

приклад 2.При дії на суміш алюмінію та заліза масою 11 г надлишком соляної кислоти виділилося 8,96 л газу (н.у.). Визначити масові частки металів у суміші.

У другому прикладі реакцію вступають обидваметалу. Тут уже водень із кислоти виділяється в обох реакціях. Тому прямим розрахунком тут не можна скористатися. У таких випадках зручно вирішувати за допомогою дуже простої системи рівнянь, прийнявши за х – число моль одного з металів, а за у – кількість речовини другої.

Рішення прикладу 2.

1. 
   Знаходимо кількість водню:
   n = V / V m = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.
2. 
   Нехай кількість алюмінію – х моль, а заліза у моль. Тоді можна висловити через х і у кількість водню, що виділився:
   
3. 
   Вирішувати такі системи набагато зручніше методом віднімання, домноживши перше рівняння на 18:
   27х + 18у = 7,2
   і віднімаючи перше рівняння з другого:
4. 
   (56 − 18)у = 11 − 7,2
   у = 3,8/38 = 0,1 моль (Fe)
   х = 0,2 моль (Al)
5. 
   Далі знаходимо маси металів та їх масові частки у суміші:

відповідно,

Відповідь: 50,91% заліза, 49,09% алюмінію.

приклад 3.16 г суміші цинку, алюмінію та міді обробили надлишком розчину соляної кислоти. При цьому виділилося 5,6 л газу (н.у.) та не розчинилося 5 г речовини. Визначити масові частки металів у суміші.

У третьому прикладі два метали реагують, а третій метал (мідь) не входить у реакцію. Тому залишок 5 г – це маса міді. Кількості решти двох металів - цинку та алюмінію (врахуйте, що їх загальна маса 16 − 5 = 11 г) можна знайти за допомогою системи рівнянь, як у прикладі №2.

Відповідь до прикладу 3: 56,25% цинку, 12,5% алюмінію, 31,25% міді.

приклад 4.На суміш заліза, алюмінію та міді подіяли надлишком холодної концентрованої сірчаної кислоти. При цьому частина суміші розчинилася і виділилося 5,6 л газу (н.у.). Суміш, що залишилася, обробили надлишком розчину їдкого натру. Виділилося 3,36 л газу і залишилося 3 г залишку, що не розчинився. Визначити масу та склад вихідної суміші металів.

У цьому прикладі слід пам'ятати, що холодна концентрованасірчана кислота не реагує із залізом та алюмінієм (пасивація), але реагує з міддю. У цьому виділяється оксид сірки (IV).

Рішення прикладу 4.

1. 
   З концентрованою сірчаною кислотою реагує тільки мідь, кількість моль газу:
   n SO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль
   

   0,25		0,25
   Cu +	2H 2 SO 4 (конц.) = CuSO 4 +	SO 2 + 2H 2 O

2. 
   (Не забудьте, що такі реакції треба обов'язково зрівняти за допомогою електронного балансу)
3. 
   Так як молярне співвідношення міді та сірчистого газу 1:1, то міді теж 0,25 моль. Можна знайти масу міді:
   m Cu = n M = 0,25 64 = 16 р.
4. 
   У реакцію з розчином лугу вступає алюміній, при цьому утворюється гідроксокомплекс алюмінію та водень:
   2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2
   

   Al 0 − 3e = Al 3+		2
   2H + + 2e = H 2		3

5. 
   Число моль водню:
   n H2 = 3,36/22,4 = 0,15 моль,
   молярне співвідношення алюмінію та водню 2:3 і, отже,
   n Al = 0,15/1,5 = 0,1 моль.
   Маса алюмінію:
   m Al = n M = 0,1 27 = 2,7 г
6. 
   Залишок - це залізо, масою 3 г. Можна знайти масу суміші:
   m суміші = 16+2,7+3=21,7г.
7. 
   Масові частки металів:

Відповідь: 73,73% міді, 12,44% алюмінію, 13,83% заліза.

Приклад 5.21,1 г суміші цинку та алюмінію розчинили в 565 мл розчину азотної кислоти, що містить 20 мас. % НNО 3 і має щільність 1,115 г/мл. Об'єм газу, що виділився, що є простою речовиною і єдиним продуктом відновлення азотної кислоти, склав 2,912 л (н.у.). Визначте склад отриманого розчину масових відсотках. (РХТУ)

У тексті цього завдання чітко вказано продукт відновлення азоту – «просту речовину». Оскільки азотна кислота з металами не дає водню, це - азот. Обидва метали розчинилися в кислоті.

Рішення прикладу 5.

1. 
   Визначаємо кількість речовини газу:
   n N2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль.
2. 
   Визначаємо масу розчину азотної кислоти, масу та кількість речовини розчиненої HNO3:

Зверніть увагу, що оскільки метали повністю розчинилися, значить - кислоти точно вистачило(З водою ці метали не реагують). Відповідно, треба буде перевірити, чи не виявилася кислота в надлишкуі скільки її залишилося після реакції в отриманому розчині.

1. 
   Складаємо рівняння реакцій ( не забудьте про електронний баланс) і, для зручності розрахунків, приймаємо за 5х – кількість цинку, а за 10у – кількість алюмінію. Тоді, відповідно до коефіцієнтів в рівняннях, азоту в першій реакції вийде х моль, а в другій - 3у моль:

1. 
   Наступне питання: чи залишилася в розчині азотна кислота та скільки її залишилося?
   За рівняннями реакцій кількість кислоти, що вступила в реакцію:
   n HNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 моль,
   тобто. кислота була надлишку і можна обчислити її залишок у розчині:
   n HNO3 зуп. = 2 − 1,56 = 0,44 моль.
2. 
   Отже, у підсумковому розчинімістяться:

1. 
   Яка маса підсумкового розчину?
   Згадаємо, що маса підсумкового розчину складається з тих компонентів, які ми змішували (розчини та речовини) мінус ті продукти реакції, які пішли з розчину (осади та гази):
   

Тоді для нашого завдання:

2. 
   m новий. розчину = маса розчину кислоти + маса сплаву металів - маса азоту
   m N2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 г
   m новий. розчину = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г
3. 
   Тепер можна розрахувати масові частки речовин в розчині:

Відповідь: 5,83% нітрату цинку, 9,86% нітрату алюмінію, 4,28% азотної кислоти.

Приклад 6.При обробці 17,4 г суміші міді, заліза та алюмінію надлишком концентрованої азотної кислоти виділилося 4,48 л газу (н.у.), а при дії на цю суміш такої ж маси надлишку хлороводневої кислоти - 8,96 л газу (н. у.). Визначте склад вихідної суміші. (РХТУ)

При вирішенні цього завдання треба згадати, по-перше, що концентрована азотна кислота з неактивним металом (мідь) дає NO 2 , а залізо та алюміній з нею не реагують. Соляна кислота, навпаки, не реагує з міддю.

Відповідь наприклад 6: 36,8% міді, 32,2% заліза, 31% алюмінію.

Завдання для самостійного вирішення.

1. Нескладні завдання із двома компонентами суміші.

1-1. Суміш міді та алюмінію масою 20 г обробили 96% розчином азотної кислоти, при цьому виділилося 8,96 л газу (н. у.). Визначити масову частку алюмінію суміші.

1-2. Суміш міді та цинку масою 10 г обробили концентрованим розчином лугу. При цьому виділилось 2,24 л газу (н.y.). Обчисліть масову частку цинку у вихідній суміші.

1-3. Суміш магнію та оксиду магнію масою 6,4 г обробили достатньою кількістю розведеної сірчаної кислоти. При цьому виділилось 2,24 л газу (н.у.). Знайти масову частку магнію у суміші.

1-4. Суміш цинку та оксиду цинку масою 3,08 г розчинили в розведеній сірчаній кислоті. Отримали сульфат цинку масою 6,44 р. Обчисліть масову частку цинку у вихідній суміші.

1-5. При дії суміші порошків заліза та цинку масою 9,3 г надлишок розчину хлориду міді (II) утворилося 9,6 г міді. Визначте склад вихідної суміші.

1-6. Яка маса 20%-ного розчину соляної кислоти буде потрібна для повного розчинення 20 г суміші цинку з оксидом цинку, якщо при цьому виділився водень об'ємом 4,48 л (н.у.)?

1-7. При розчиненні у розведеній азотній кислоті 3,04 г суміші заліза та міді виділяється оксид азоту (II) об'ємом 0,896 л (н.у.). Визначте склад вихідної суміші.

1-8. При розчиненні 1,11 г суміші залізної та алюмінієвої тирси в 16%-ному розчині соляної кислоти (ρ = 1,09 г/мл) виділилося 0,672 л водню (н.у.). Знайдіть масові частки металів у суміші та визначте обсяг витраченої соляної кислоти.

2. Завдання складніші.

2-1. Суміш кальцію та алюмінію масою 18,8 г прожарили без доступу повітря з надлишком порошку графіту. Продукт реакції обробили розведеною соляною кислотою, виділилося при цьому 11,2 л газу (н.у.). Визначте масові частки металів у суміші.

2-2. Для розчинення 1,26 г сплаву магнію з алюмінієм використано 35 мл 19,6% розчину сірчаної кислоти (ρ = 1,1 г/мл). Надлишок кислоти вступив у реакцію з 28,6 мл розчину гідрокарбонату калію з концентрацією 1,4 моль/л. Визначте масові частки металів у сплаві та об'єм газу (н.у.), що виділився при розчиненні сплаву.

2-3. При розчиненні 27,2 г суміші заліза та оксиду заліза (II) у сірчаній кислоті та випарюванні розчину насухо утворилося 111,2 г залізного купоросу - гептагідрату сульфату заліза (II). Визначте кількісний склад вихідної суміші.

2-4. При взаємодії заліза масою 28 г з хлором утворилася суміш хлоридів заліза (II) та (III) масою 77,7 г. Обчисліть масу хлориду заліза (III) в отриманій суміші.

2-5. Чому дорівнювала масова частка калію в його суміші з літієм, якщо в результаті обробки цієї суміші надлишком хлору утворилася суміш, в якій масова частка хлориду калію склала 80%?

2-6. Після обробки надлишком брому суміші калію і магнію загальною масою 10,2 г маса отриманої суміші твердих речовин дорівнювала 42,2 г. Цю суміш обробили надлишком розчину гідроксиду натрію, після чого осад відокремили і прожарили до постійної маси. Обчисліть масу отриманого залишку.

2-7.

2-8. Сплав алюмінію зі сріблом обробили надлишком концентрованого розчину азотної кислоти, залишок розчинили в оцтовій кислоті. Обсяги газів, що виділилися в обох реакціях виміряні за однакових умов, дорівнювали між собою. Обчисліть масові частки металів у металі.

3. Три метали та складні завдання.

3-1. При обробці 8,2 г суміші міді, заліза та алюмінію надлишком концентрованої азотної кислоти виділилося 2,24 л газу. Такий же об'єм газу виділяється і при обробці цієї суміші такої ж маси надлишком розведеної сірчаної кислоти (н.у.). Визначте склад вихідної суміші масових відсотках.

3-2. 14,7 г суміші заліза, міді та алюмінію, взаємодіючи з надлишком розведеної сірчаної кислоти, виділяє 5,6 л водню (н.у.). Визначте склад суміші в масових відсотках, якщо для хлорування такого ж навішування суміші потрібно 8,96 л хлору (н.у.).

3-3. Залізні, цинкові та алюмінієві тирсу змішані в мольному відношенні 2:4:3 (у порядку перерахування). 4,53 г такої суміші обробили надлишком хлору. Отриману суміш хлоридів розчинили у 200 мл води. Визначити концентрацію речовин в отриманому розчині.

3-4. Сплав міді, заліза і цинку масою 6 г (маси всіх компонентів рівні) помістили в 18,25 % розчин соляної кислоти масою 160 г. Розрахуйте масові частки речовин у розчині.

3-5. 13,8 г суміші, що складається з кремнію, алюмінію та заліза, обробили при нагріванні надлишком гідроксиду натрію, при цьому виділилося 11,2 л газу (н.у.). При дії таку масу суміші надлишку соляної кислоти виділяється 8,96 л газу (н.у.). Визначте маси речовин у вихідній суміші.

3-6. При обробці суміші цинку, міді і заліза надлишком концентрованого розчину лугу виділився газ, а маса залишку залишилася в 2 рази менше маси вихідної суміші. Цей залишок обробили надлишком соляної кислоти, обсяг газу, що виділився при цьому виявився рівним обсягу газу, що виділився в першому випадку (обсяги вимірювалися за однакових умов). Обчисліть масові частки металів у вихідній суміші.

3-7. Є суміш кальцію, оксиду кальцію та карбіду кальцію з молярним співвідношенням компонентів 3:2:5 (у порядку перерахування). Який мінімальний обсяг води може вступити у хімічну взаємодію з такою сумішшю масою 55,2 г?

3-8. Суміш хрому, цинку і срібла загальною масою 7,1 г обробили розведеною соляною кислотою, маса залишку залишилася рівною 3,2 г. Розчин після відділення осаду обробили бромом в лужному середовищі, а по закінченні реакції обробили надлишком нітрату барію. Маса осаду, що утворилася, дорівнювала 12,65 г. Обчисліть масові частки металів у вихідній суміші.

Відповіді та коментарі до завдань для самостійного вирішення.

1-1. 36% (алюміній не реагує з концентрованою азотною кислотою);

1-2. 65% (у лугу розчиняється лише амфотерний метал – цинк);

1-5. 30,1% Fe (залізо, витісняючи мідь, перетворюється на ступінь окислення +2);

1-7. 36,84% Fe (залізо в азотній кислоті перетворюється на +3);

1-8. 75,68% Fe (залізо реакції з соляною кислотою переходить в +2); 12,56мл розчину HCl.
2-1. 42,55 % Са (кальцій і алюміній з графітом (вуглецем) утворюють карбіди СаС 2 і Al 4 C 3 ; при їх гідролізі водою або HCl виділяються відповідно ацетилен С 2 Н 2 і метан СН 4);

2-3. 61,76% Fe (гептагідрат сульфату заліза - FeSO 4 7H 2 O);

2-7. 5,9% Li 2 SO 4 , 22,9% Na 2 SO 4 , 5,47% H 2 O 2 (при окисненні киснем літію утворюється його оксид, а при окисненні натрію - пероксид Na 2 O 2 , який у воді гідролізується до пероксиду водню та лугу);

3-2. 38,1% Fe, 43,5% Cu;

3-3. 1,53% FeCl 3 , 2,56% ZnCl 2 , 1,88% AlCl 3 (залізо реакції з хлором переходить у ступінь окислення +3);

3-4. 2,77% FeCl 2 , 2,565% ZnCl 2 , 14,86% HCl (не забудьте, що мідь не реагує із соляною кислотою, тому її маса не входить у масу нового розчину);

3-5. 2,8 г Si, 5,4 г Al, 5,6 г Fe (кремній - неметал, він реагує з розчином лугу, утворюючи силікат натрію та водень; з соляною кислотою він не реагує);

3-6. 6,9% Cu, 43,1% Fe, 50% Zn;

3-8. 45,1% Ag, 36,6% Cr, 18,3% Zn (хром при розчиненні в соляній кислоті переходить у хлорид хрому (II), який при дії брому в лужному середовищі переходить у хромат, при додаванні солі барію утворюється нерозчинний хромат барію)

Тестовий блок

Частина А

1. Пісок із сіллю відноситься:

A. до простих речовин

B. до хімічних сполук

C. до гомогенних систем

D. до гетерогенних систем

2. Туман є:

A. аерозоль

B. емульсію

C. розчин

D. суспензію

3. Для отримання бензину із природної нафти використовують спосіб:

A. синтезу

B. сублімації

C. фільтрування

D. перегонки

4. Вкажіть оптимальний спосіб поділу суміші бензину та води:

A. фільтрування

B. дистиляція

C. сублімація

D. обстоювання

5. Поділ суміші нафти та води заснований:

A. на різниці густин двох рідин

B. на розчинності однієї рідини до іншої

C. на відмінності кольору

D. на подібному агрегатному стані рідин

6. Суміш мідної та залізної тирси можна розділити:

A. фільтруванням

B. дією магніту

C. хроматографією

D. перегонкою (дистиляцією)

7. Що є чистою речовиною на відміну від суміші:

А чавун

З повітря

8. Що стосується неоднорідних сумішей:

А суміш кисню та азоту

У каламутна річкова вода

Зі сніговий наст

9. Що є твердою сумішшю:

А розчин глюкози

З розчин спирту

D розчин сульфату калію

10. Як називається спосіб очищення неоднорідної суміші:

А дистиляція

У фільтрування

З випарювання

D кисільнагрівання

Частина В

1. Встанови правильну послідовність поділу суміші кухонної солі та річкового піску:

а) відфільтрувати

Б) зібрати прилад для фільтрування

В) розчинити у воді

Г) випарувати розчин

Д) зібрати прилад для випарювання

2. Вибери номер пари речовин, що поділяється

1) випарюванням

2) фільтруванням

А) річковий пісок та вода

Б) цукор та вода

В) залізо та сірка

Г) вода та спирт

3. Запропоновані приклади сумішей співвіднести до тієї чи іншої групи (туман, дим, шипучі напої, річковий та морський мул, будівельні розчини, мазь, туш, помада, сплави, мінерали), заповнивши таблицю:

2.6. Процеси поділу неоднорідних сумішей у харчових виробництвах

2.6.1. Класифікація неоднорідних систем та способів їх розділенняя

Неоднорідні системи – це суміші принаймні двох компонентів, що знаходяться у різних фазових станах та розділених чіткими межами. У таких системах можна виділити дві фази речовини: безперервно розподілений континуум фази дисперсійноїсередовищем, і роздроблені частинки різних розмірів і форм, що знаходяться в ній - дисперснуфазу. Частинки дисперсної фази мають чіткі межі, що відокремлюють їхню відмінність від дисперсійної середовища. Неоднорідні системи називають також гетерогеннимиабо дисперсними.Дисперсне середовище неоднорідних систем може бути у трьох агрегатних станах. У цих же станах може бути дисперсійна фаза. Теоретично можливе існування дев'яти неоднорідних систем. Однак за цією класифікацією неоднорідної системи газ-газ (Г-Г) не існує, оскільки суміш газів являє собою однорідну систему. У наведеній класифікації неоднорідних систем також необхідно виділити системи з твердими фазами Т-Ж, Т-Г, Т-Т, які не підлягають поділу і тому їх не можна вважати неоднорідними.

Таким чином, до неоднорідних систем слід віднести пилу, дими, тумани, суспензії, емульсії та піни.

Пил- неоднорідна система, що складається з газу та розподілених у ньому твердих частинок розмірами 5 - 50 мкм. Утворюється переважно при дробленні та транспортуванні твердих матеріалів.

Дим- неоднорідна система, що складається з газу та розподілених у ньому твердих частинок розмірами 0,3 - 5 мкм. Утворюється під час горіння речовин.

Туман- неоднорідна система, що складається з газу та розподілених у ньому крапель рідини розміром 0,3 - 3 мкм, що утворюються в результаті конденсації.

Пили, дими, тумани мають загальну назву аерозолі.

Суспензія– неоднорідна система, що складається з рідини та зважених у ній твердих частинок. Залежно від розмірів частинок розрізняють суспензії: грубіз частками розміром понад 100 мкм, тонкіз частками розміром більше 0,1 - 100 мкм та колоїдні розчини, Що містять частинки менше 0,1 мкм

Емульсія– неоднорідна система, що складається з рідини та розподілених у ній крапель іншої рідини, що не розчиняється у першій. Величина розмірів частинок дисперсної фази коливається у досить широких межах.

Піна– неоднорідна система, що складається з рідини та розподілених у ній бульбашок газу.

За зміни концентрації дисперсної фази неоднорідна система може змінювати свою структуру. Це супроводжується так званою інверсієюфаз. При інверсії дисперсійне середовище стає дисперсною фазою і навпаки. Так з підвищенням концентрації твердої фази в суспензіях може настати момент, коли тверда фаза утворює суцільний континуум (безперервне середовище), в якій розподілені обмежені обсяги рідкої дисперсної фази. У цьому випадку можна стверджувати про перехід суспензії пластичну масу класу Т-Ж.

Аналогічні зміни відбуваються з піною, якщо у ній збільшується вміст рідини; вона перетворюється на перенасичену газовану рідину, у якій можна розрізнити дисперсну фазу газових бульбашок. Така система недостатньо стійка, хоча може перебувати у цьому стані відносно довго.

Пил із підвищенням концентрації твердої дисперсної фази перетворюється на сипкий продукт, що має специфічними властивостями, тобто. і твердих і рідких середовищ. Така система має деяку пружність і пластичність (здатність зберігати форму при відносно невеликих навантаженнях), однак набуває форми ємності, в яку засипана; при висипанні на площину утворює конус із кутом природного укосу.

Для поділу неоднорідних систем використовуються методи та обладнання, що відрізняються великою різноманітністю фізичних явищ. Вибір оптимального устаткування визначається вибором ознаки, яким дисперсійне середовище і дисперсна фаза істотно різняться за своїми властивостями і яким слід проводити їх поділ. Такими ознаками є: щільність, міцність, магнітні та електронні властивості тощо. п. Саме з використання однієї чи кількох із цих ознак і різняться способи поділу даних систем.

Ознака, що полягає у відмінності щільностей, що становлять неоднорідну систему, використовується в наступних методах поділу: осадженняза рахунок сили тяжіння, відстійного центрифугування (сепарування) та циклонному процесі.

У консервативних силових полях (сил тяжіння, відцентрових сил, інерційних сил) частинки дисперсної фази набувають прискорення, яке за другим законом Ньютона пропорційно діє силі і обернено пропорційно масі частинок. У розчині частинки починають рухатися в дисперсійному середовищі у напрямку вектора чинної сили. Їх швидкості, зрештою, стабілізуються лише на рівні, відповідному балансу змушуючої сили та сил опору середовища. З цією швидкістю всі «важкі» і щільніші, ніж дисперсійне середовище, частинки осідають на твердих поверхнях обладнання.

Ознака, що у відмінності магнітних властивостей, складових неоднорідну систему, використовується виділення частинок металломагнитных включень з дисперсійної середовища. При цьому під дією магнітних сил металомагнітні частинки прискорюються в напрямку їхньої дії, а довкілля залишається нерухомим. За рахунок цього відбувається поділ фаз у просторі.

Ознака, заснований на відмінності електричних властивостей, що становлять неоднорідну систему, використовують у електрофільтрах. Під дією високої електричної напруги частинки дисперсної фази можуть іонізуватися та пересуватися у просторі до електродів фільтра.

Ознака, що полягає у затримуванні частинок дисперсної фази на твердих перегородках, використовується у процесах фільтрування(за рахунок різниці тисків та відцентрового фільтрування).

Ознака, пов'язана з об'єднанням дисперсних частинок у більші комплекси, використовується в процесах поділу запилених газових систем мокрим способом.

Можливе також комбінування способів розподілу неоднорідних систем.

2.6.2. Матеріальні баланси процесів поділу

Розглянемо неоднорідну систему, наприклад, суспензію, що підлягає поділу і складається з речовини (суцільної фази) та розподілених у ній частинок речовини (дисперсної фази).

Позначимо: - маси вихідної суміші, освітленої рідини та одержаного осаду; - вміст речовини у вихідній суміші, освітленій рідині та осаді (мас. частки).

За відсутності втрат у процесі поділу рівняння матеріального балансу мають вигляд:

за загальною кількістю речовин

по дисперсній фазі (речовині)

Спільне рішення рівнянь дозволяє визначити кількість освітленої рідини та кількість осаду, що одержуються при заданому вмісті речовини в осаді та освітленої рідини.

Теоретичний блок

Визначення поняття «суміш» було дано XVII в. англійським вченим Робертом Бойлем: "Суміш - цілісна система, що складається з різнорідних компонентів".

Порівняльна характеристика суміші та чистої речовини

Суміші відрізняються один від одного на вигляд.

Класифікацію сумішей показано в таблиці:

Наведемо приклади суспензій (річковий пісок + вода), емульсій (олія + вода) та розчинів (повітря в колбі, кухонна сіль + вода, розмінна монета: алюміній + мідь або нікель + мідь).

Способи поділу сумішей

У природі речовини існують як суміші. Для лабораторних досліджень, промислових виробництв, потреб фармакології та медицини потрібні чисті речовини.

Для очищення речовин застосовуються різні способи поділу сумішей

Випарювання - виділення розчинених у рідині твердих речовин способом її перетворення на пару.

Дистиляція-перегонка, поділ речовин, що містяться в рідких сумішах, за температурами кипіння з наступним охолодженням пари.

У природі вода у чистому вигляді (без солей) не зустрічається. Океанічна, морська, річкова, колодязна та джерельна вода – це різновиди розчинів солей у воді. Однак часто людям необхідна чиста вода, яка не містить солей (використовується в двигунах автомобілів; у хімічному виробництві для отримання різних розчинів та речовин; при виготовленні фотографій). Таку воду називають дистильованою, а спосіб її отримання дистиляцією.

Фільтрування - проціджування рідин (газів) через фільтр з метою їх очищення від твердих домішок.

Ці способи ґрунтуються на відмінностях у фізичних властивостях компонентів суміші.

Розглянемо способи поділу гетерогеннихта гомогенних сумішей.

Особливим методом поділу компонентів, заснованим на різній поглинання їх певною речовиною, є хроматографія.

За допомогою хроматографії російський ботанік вперше виділив хлорофіл із зелених частин рослин. У промисловості та лабораторіях замість фільтрувального паперу для хроматографії використовують крохмаль, вугілля, вапняк, оксид алюмінію. А чи завжди потрібні речовини з однаковим ступенем очищення?

Для різних цілей необхідні речовини з різним ступенем очищення. Воду для приготування їжі достатньо відстояти для видалення домішок та хлору, що використовується для її знезараження. Воду для пиття потрібно попередньо прокип'ятити. А в хімічних лабораторіях для приготування розчинів та проведення дослідів у медицині необхідна дистильована вода, максимально очищена від розчинених у ній речовин. Особливо чисті речовини, вміст домішок у яких не перевищує однієї мільйонної відсотка, застосовуються в електроніці, напівпровідниковій, ядерній техніці та інших точних галузях промисловості.

Способи вираження складу сумішей.

· Масова частка компонента у суміші- Відношення маси компонента до маси всієї суміші. Зазвичай масову частку виражають у %, але з обов'язково.

ω [«омега»] = mкомпонента / mсуміші

· Мольна частка компонента у суміші- Відношення числа моль (кількості речовини) компонента до сумарного числа моль всіх речовин у суміші. Наприклад, якщо в суміш входять речовини А, В та С, то:

χ [«хі»] компонента А = nкомпоненту А/(n(A) + n(B) + n(С))

· Мольне співвідношення компонентів.Іноді у завданнях для суміші вказується молярне співвідношення її складових. Наприклад:

n-компонента А: n-компонента В = 2: 3

· Об'ємна частка компонента у суміші (тільки для газів)- Відношення обсягу речовини А до загального обсягу всієї газової суміші.

φ [«фі»] = Vкомпонента / Vсуміші

практичний блок.

Розглянемо три приклади завдань, у яких суміші металів реагують з солянийкислотою:

приклад 1.При дії на суміш міді та заліза масою 20 г надлишком соляної кислоти виділилося 5,6 л газу (н. у.). Визначити масові частки металів у суміші.

У першому прикладі мідь не реагує із соляною кислотою, тобто водень виділяється при реакції кислоти із залізом. Таким чином, знаючи обсяг водню, ми відразу зможемо знайти кількість та масу заліза. І, відповідно, масові частки речовин у суміші.

Рішення прикладу 1.

n = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль.

2. За рівнянням реакції:

3. Кількість заліза також 0,25 моль. Можна знайти його масу:
mFe = 0,25 56 = 14 р.

Відповідь: 70% заліза, 30% міді.

приклад 2.При дії на суміш алюмінію та заліза масою 11 г надлишком соляної кислоти виділилося 8,96 л газу (н. у.). Визначити масові частки металів у суміші.

У другому прикладі реакцію вступають обидваметалу. Тут уже водень із кислоти виділяється в обох реакціях. Тому прямим розрахунком тут не можна скористатися. У таких випадках зручно вирішувати за допомогою дуже простої системи рівнянь, прийнявши за х – число моль одного з металів, а за у – кількість речовини другої.

Рішення прикладу 2.

1. Знаходимо кількість водню:
n = V / Vm = 8,96 / 22,4 = 0,4 моль.

2. Нехай кількість алюмінію – х моль, а заліза у моль. Тоді можна висловити через х і у кількість водню, що виділився:

4. Нам відома загальна кількість водню: 0,4 моль. Значить,
1,5 х + у = 0,4 (це перше рівняння у системі).

5. Для суміші металів потрібно виразити масичерез кількість речовин.
m = M n
Значить, маса алюмінію
mAl = 27x,
маса заліза
mFe = 56у,
а маса всієї суміші
27х + 56у = 11 (це друге рівняння у системі).

6. Отже, ми маємо систему із двох рівнянь:

7. Вирішувати такі системи набагато зручніше методом віднімання, домноживши перше рівняння на 18:
27х + 18у = 7,2
і віднімаючи перше рівняння з другого:

8. (56 − 18)у = 11 − 7,2
у = 3,8/38 = 0,1 моль (Fe)
х = 0,2 моль (Al)

mFe = n M = 0,1 56 = 5,6 г
mAl = 0,2 27 = 5,4 г
ωFe = mFe / mсуміші = 5,6 / 11 = 0,50,91%),

відповідно,
ωAl = 100% − 50,91% = 49,09%

Відповідь: 50,91% заліза, 49,09% алюмінію.

приклад 3.16 г суміші цинку, алюмінію та міді обробили надлишком розчину соляної кислоти. При цьому виділилося 5,6 л газу (н. у.) та не розчинилося 5 г речовини. Визначити масові частки металів у суміші.

У третьому прикладі два метали реагують, а третій метал (мідь) не входить у реакцію. Тому залишок 5 г – це маса міді. Кількості решти двох металів - цинку та алюмінію (врахуйте, що їх загальна маса 16 − 5 = 11 г) можна знайти за допомогою системи рівнянь, як у прикладі №2.

Відповідь до прикладу 3: 56,25% цинку, 12,5% алюмінію, 31,25% міді.

приклад 4.На суміш заліза, алюмінію та міді подіяли надлишком холодної концентрованої сірчаної кислоти. При цьому частина суміші розчинилася і виділилося 5,6 л газу (н. у.). Суміш, що залишилася, обробили надлишком розчину їдкого натру. Виділилося 3,36 л газу і залишилося 3 г залишку, що не розчинився. Визначити масу та склад вихідної суміші металів.

У цьому прикладі слід пам'ятати, що холодна концентрованасірчана кислота не реагує із залізом та алюмінієм (пасивація), але реагує з міддю. У цьому виділяється оксид сірки (IV).
З лугомреагує тільки алюміній- амфотерний метал (крім алюмінію, в лугах розчиняються ще цинк і олово, в гарячому концентрованому лугу - ще можна розчинити берилій).

Рішення прикладу 4.

1. З концентрованою сірчаною кислотою реагує лише мідь, число моль газу:
nSO2 = V / Vm = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль

2. (не забудьте, що такі реакції треба обов'язково зрівняти за допомогою електронного балансу)

3. Оскільки молярне співвідношення міді та сірчистого газу 1:1, то міді теж 0,25 моль. Можна знайти масу міді:
mCu = n M = 0,25 64 = 16 р.

4. У реакцію з розчином лугу вступає алюміній, при цьому утворюється гідроксокомплекс алюмінію та водень:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na + 3H2

5. Число моль водню:
nH2 = 3,36/22,4 = 0,15 моль,
молярне співвідношення алюмінію та водню 2:3 і, отже,
nAl = 0,15/1,5 = 0,1 моль.
Маса алюмінію:
mAl = n M = 0,1 27 = 2,7 г

6. Залишок – це залізо, масою 3 г. Можна знайти масу суміші:
m суміші = 16 + 2,7 + 3 = 21,7 р.

7. Масові частки металів:

ωCu = mCu / mсуміші = 16 / 21,7 = 0,7,73%)
ωAl = 2,7/21,7 = 0,1,44%)
ωFe = 13,83%

Відповідь: 73,73% міді, 12,44% алюмінію, 13,83% заліза.

Приклад 5.21,1 г суміші цинку та алюмінію розчинили в 565 мл розчину азотної кислоти, що містить 20 мас. % НNО3 та має щільність 1,115 г/мл. Об'єм газу, що виділився, що є простою речовиною і єдиним продуктом відновлення азотної кислоти, склав 2,912 л (н. у.). Визначте склад отриманого розчину масових відсотках. (РХТУ)

У тексті цього завдання чітко вказано продукт відновлення азоту – «просту речовину». Оскільки азотна кислота з металами не дає водню, це - азот. Обидва метали розчинилися в кислоті.
У задачі питається не склад вихідної суміші металів, а склад розчину, що вийшов після реакцій. Це робить завдання складнішим.

Рішення прикладу 5.

1. Визначаємо кількість речовини газу:
nN2 = V / Vm = 2,912 / 22,4 = 0,13 моль.

2. Визначаємо масу розчину азотної кислоти, масу та кількість речовини розчиненої HNO3:

mрозчину = ρ V = 1,115 565 = 630,3 г
mHNO3 = ω mрозчину = 0,2 630,3 = 126,06 г
nHNO3 = m / M = 126,06 / 63 = 2 моль

Зверніть увагу, що оскільки метали повністю розчинилися, значить - кислоти точно вистачило(З водою ці метали не реагують). Відповідно, треба буде перевірити, чи не виявилася кислота в надлишкуі скільки її залишилося після реакції в отриманому розчині.

3. Складаємо рівняння реакцій ( не забудьте про електронний баланс) і, для зручності розрахунків, приймаємо за 5х – кількість цинку, а за 10у – кількість алюмінію. Тоді, відповідно до коефіцієнтів в рівняннях, азоту в першій реакції вийде х моль, а в другій - 3у моль:

5. Тоді, враховуючи, що маса суміші металів 21,1 г, їх молярні маси - 65 г/моль у цинку та 27 г/моль у алюмінію, отримаємо таку систему рівнянь:

6. Вирішувати цю систему зручно, домноживши перше рівняння на 90 і віднімаючи перше рівняння другого.

7. х = 0,04, отже, nZn = 0,04 5 = 0,2 моль
у = 0,03, отже, nAl = 0,03 10 = 0,3 моль

8. Перевіримо масу суміші:
0,2 65 + 0,3 27 = 21,1 р.

9. Тепер переходимо до складу розчину. Зручно буде переписати реакції ще раз і записати над реакціями кількості всіх речовин, що прореагували і утворилися (крім води):

10. Наступне питання: чи залишилася в розчині азотна кислота та скільки її залишилося?
За рівняннями реакцій кількість кислоти, що вступила в реакцію:
nHNO3 = 0,48 + 1,08 = 1,56 моль,
т. е. кислота була надлишку і можна обчислити її залишок у розчині:
nHNO3ост. = 2 − 1,56 = 0,44 моль.

11. Отже, в підсумковому розчинімістяться:

нітрат цинку в кількості 0,2 моль:
mZn(NO3)2 = n M = 0,2 189 = 37,8 г
нітрат алюмінію в кількості 0,3 моль:
mAl(NO3)3 = n M = 0,3 213 = 63,9 г
надлишок азотної кислоти в кількості 0,44 моль:
mHNO3ост. = n M = 0,44 63 = 27,72 г

12. Яка маса підсумкового розчину?
Згадаємо, що маса підсумкового розчину складається з тих компонентів, які ми змішували (розчини та речовини) мінус ті продукти реакції, які пішли з розчину (осади та гази):

13.
Тоді для нашого завдання:

14. mнов. розчину = маса розчину кислоти + маса сплаву металів - маса азоту
mN2 = n M = 28 (0,03 + 0,09) = 3,36 г
мнов. розчину = 630,3 + 21,1 − 3,36 = 648,04 г

ωZn(NO3)2 = mв-ва / mр-ра = 37,8 / 648,04 = 0,0583
ωAl(NO3)3 = mв-ва / mр-ра = 63,9 / 648,04 = 0,0986
ωHNO3ост. = mв-ва / mр-ра = 27,72 / 648,04 = 0,0428

Відповідь: 5,83% нітрату цинку, 9,86% нітрату алюмінію, 4,28% азотної кислоти.

Приклад 6.При обробці 17,4 г суміші міді, заліза та алюмінію надлишком концентрованої азотної кислоти виділилося 4,48 л газу (н. у.), а при дії на цю суміш такої ж маси надлишку хлороводневої кислоти - 8,96 л газу (н. у.). Визначте склад вихідної суміші. (РХТУ)

При вирішенні цього завдання треба згадати, по-перше, що концентрована азотна кислота з неактивним металом (мідь) дає NO2, а залізо та алюміній з нею не реагують. Соляна кислота, навпаки, не реагує з міддю.

Відповідь наприклад 6: 36,8% міді, 32,2% заліза, 31% алюмінію.

Завдання для самостійного вирішення.

1. Нескладні завдання із двома компонентами суміші.

1-1. Суміш міді та алюмінію масою 20 г обробили 96% розчином азотної кислоти, при цьому виділилося 8,96 л газу (н. у.). Визначити масову частку алюмінію суміші.

1-2. Суміш міді та цинку масою 10 г обробили концентрованим розчином лугу. При цьому виділилося 2,24 л газу (н. y.). Обчисліть масову частку цинку у вихідній суміші.

1-3. Суміш магнію та оксиду магнію масою 6,4 г обробили достатньою кількістю розведеної сірчаної кислоти. При цьому виділилося 2,24 л газу (н. у.). Знайти масову частку магнію у суміші.

1-4. Суміш цинку та оксиду цинку масою 3,08 г розчинили в розведеній сірчаній кислоті. Отримали сульфат цинку масою 6,44 р. Обчисліть масову частку цинку у вихідній суміші.

1-5. При дії суміші порошків заліза та цинку масою 9,3 г надлишок розчину хлориду міді (II) утворилося 9,6 г міді. Визначте склад вихідної суміші.

1-6. Яка маса 20%-ного розчину соляної кислоти буде потрібна для повного розчинення 20 г суміші цинку з оксидом цинку, якщо при цьому виділився водень об'ємом 4,48 л (н. у.)?

1-7. При розчиненні у розведеній азотній кислоті 3,04 г суміші заліза та міді виділяється оксид азоту (II) об'ємом 0,896 л (н. у.). Визначте склад вихідної суміші.

1-8. При розчиненні 1,11 г суміші залізної та алюмінієвої тирси в 16%-ному розчині соляної кислоти (ρ = 1,09 г/мл) виділилося 0,672 л водню (н. у.). Знайдіть масові частки металів у суміші та визначте обсяг витраченої соляної кислоти.

2. Завдання складніші.

2-1. Суміш кальцію та алюмінію масою 18,8 г прожарили без доступу повітря з надлишком порошку графіту. Продукт реакції обробили розведеною соляною кислотою, при цьому виділилося 112 л газу (н. у.). Визначте масові частки металів у суміші.

2-2. Для розчинення 1,26 г сплаву магнію з алюмінієм використано 35 мл 19,6% розчину сірчаної кислоти (ρ = 1,1 г/мл). Надлишок кислоти вступив у реакцію з 28,6 мл розчину гідрокарбонату калію з концентрацією 1,4 моль/л. Визначте масові частки металів у сплаві та об'єм газу (н. у.), що виділився при розчиненні сплаву.

Кожна речовина містить домішки. Чистою вважають речовину, в якій домішок майже немає.

Суміші речовин бувають однорідними та неоднорідними. У однорідній суміші компоненти неможливо виявити спостереженням, а неоднорідної суміші це можливо.

Деякі фізичні властивості однорідної суміші від властивостей компонентів.

У неоднорідній суміші властивості компонентів зберігаються.

Неоднорідні суміші речовин поділяють відстоюванням, фільтруванням, іноді – дією магніту, а однорідні – випарюванням та перегонкою (дистиляцією).

Чисті речовини та суміші

Ми мешкаємо серед хімічних речовин. Ми вдихаємо повітря, а це суміш газів (азоту, кисню та інших), видихаємо вуглекислий газ. Вмиваємось водою - це ще одна речовина, найпоширеніша на Землі. П'ємо молоко - суміш води з дрібними крапельками молочного жиру, і не тільки: тут ще є молочний білок казеїн, мінеральні солі, вітаміни і навіть цукор, але не той, з яким п'ють чай, а особливий молочний - лактоза. Їмо яблука, які складаються з цілого набору хімічних речовин - тут і цукор, і яблучна кислота, і вітаміни... Коли шматочки яблука, що прожували, потрапляють у шлунок, на них починають діяти травні соки людини, які допомагають засвоювати всі смачні та корисні речовини не тільки яблука, але й будь-якої іншої їжі. Ми не тільки живемо серед хімічних речовин, а й самі їх складаємо. Кожна людина – її шкіра, м'язи, кров, зуби, кістки, волосся побудовані з хімічних речовин, як будинок із цегли. Азот, кисень, цукор, вітаміни – речовини природного, природного походження. Скло, гума, сталь – це також речовини, точніше матеріали (суміші речовин). І скло, і гума – штучного походження, у природі їх не було. Цілком чисті речовини в природі не зустрічаються або зустрічаються дуже рідко.

Кожна речовина завжди містить певну кількість домішок. Речовину, в якій майже немає домішок, називають чистою. З такими речовинами працюють у науковій лабораторії, шкільному хімічному кабінеті. Зауважимо, що абсолютно чистих речовин немає.

Індивідуальна чиста речовина має певний набір характеристичних властивостей (постійними фізичними властивостями). Тільки чиста дистильована вода має tпл = 0 ° С, tкіп = 100 ° С, не має смаку. Морська вода замерзає при нижчій, а закипає при вищій температурі, смак у неї гірко-солоний. Вода Чорного моря замерзає за нижчої, а закипає за вищої температури, ніж вода Балтійського моря. Чому? Річ у тім, що у морській воді містяться інші речовини, наприклад розчинені солі, тобто. вона є сумішшю різних речовин, склад якої змінюється у межах, властивості ж суміші є постійними. Визначення поняття «суміш» було дано XVII в. англійським вченим Робертом Бойлем: «Суміш – цілісна система, що складається з різнорідних компонентів».

Сумішами є майже всі природні речовини, продукти харчування (крім солі, цукру, деяких інших), багато лікарських та косметичних засобів, товари побутової хімії, будівельні матеріали.

Порівняльна характеристика суміші та чистої речовини

Кожну речовину, що міститься у суміші, називають компонентом.

Класифікація сумішей

Існують однорідні та неоднорідні суміші.

Однорідні суміші (гомогенні)

Додамо невелику порцію цукру в склянку з водою і перемішуватимемо, поки весь цукор не розчиниться. Рідина матиме солодкий смак. Таким чином, цукор не зник, а залишився у суміші. Але його кристаликів ми не побачимо, навіть розглядаючи краплю рідини у потужний мікроскоп. Приготовлена ​​суміш цукру та води є однорідною в ній рівномірно перемішані найдрібніші частинки цих речовин.

Суміші, у яких компоненти неможливо виявити спостереженням, називають однорідними.

Більшість металевих сплавів – також однорідні суміші. Наприклад, у сплаві золота з міддю (його використовують для виготовлення ювелірних прикрас) відсутні червоні частинки міді та жовті частинки золота.

З матеріалів, які є однорідними сумішами речовин, виготовляють багато предметів різноманітного призначення.

До однорідних сумішей належать всі суміші газів, у тому числі повітря. Існує чимало однорідних сумішей рідин.

Однорідні суміші ще називають розчинами, навіть якщо вони тверді чи газоподібні.

Наведемо приклади розчинів (повітря в колбі, кухонна сіль+вода, розмінна монета: алюміній+мідь або нікель+мідь).

Неоднорідні суміші (гетерогенні)

Вам відомо, що крейда не розчиняється у воді. Якщо його порошок всипати в склянку з водою, то в суміші, що утворилася, завжди можна виявити частинки крейди, які видно неозброєним оком або в мікроскоп.

Суміші, у яких компоненти можна знайти спостереженням, називають неоднорідними.

До неоднорідних сумішей належать більшість мінералів, ґрунт, будівельні матеріали, живі тканини, каламутна вода, молоко та інші продукти харчування, деякі лікарські та косметичні засоби.

У неоднорідній суміші фізичні властивості компонентів зберігаються. Так, залізна тирса, змішана з мідними або алюмінієвими, не втрачає здатності притягатися до магніту.

Деякі види неоднорідних сумішей мають спеціальні назви: піна (наприклад, пінопласт, мильна піна), суспензія (суміш води з невеликою кількістю борошна), емульсія (молоко, добре збовтана олія з водою), аерозоль (дим, туман).

Способи поділу сумішей

У природі речовини існують як суміші. Для лабораторних досліджень, промислових виробництв, потреб фармакології та медицини потрібні чисті речовини.

Існує багато методів поділу сумішей. Їх вибирають, враховуючи тип суміші, агрегатний стан та відмінності у фізичних властивостях компонентів.

Способи поділу сумішей

Ці способи ґрунтуються на відмінностях у фізичних властивостях компонентів суміші.

Розглянемо способи поділу гетерогенних та гомогенних сумішей.

Особливим методом поділу компонентів, заснованим на різній поглинання їх певною речовиною, є хроматографія.

Якщо підвісити смужку з фільтрувального паперу над посудиною з червоним чорнилом, занурюючи в них лише кінець смужки. Розчин вбирається папером і піднімається нею. Але межа підйому фарби відстає від межі підйому води. Так відбувається поділ двох речовин: води та барвника в чорнилі.

За допомогою хроматографії російський ботанік М. С. Колір вперше виділив хлорофіл із зелених частин рослин. У промисловості та лабораторіях замість фільтрувального паперу для хроматографії використовують крохмаль, вугілля, вапняк, оксид алюмінію. А чи завжди потрібні речовини з однаковим ступенем очищення?

Для різних цілей необхідні речовини з різним ступенем очищення. Воду для приготування їжі достатньо відстояти для видалення домішок та хлору, що використовується для її знезараження. Воду для пиття потрібно попередньо прокип'ятити. А в хімічних лабораторіях для приготування розчинів та проведення дослідів у медицині необхідна дистильована вода, максимально очищена від розчинених у ній речовин. Особливо чисті речовини, вміст домішок у яких не перевищує однієї мільйонної відсотка, застосовуються в електроніці, напівпровідниковій, ядерній техніці та інших точних галузях промисловості.

Методи поділу сумішей

Гетерогенні суміші типів газ-рідина, рідина-тверда, газ-тверда нестійкі в часі під дією сили тяжіння. У таких сумішах складові компоненти з меншою щільністю поступово піднімаються вгору (спливають), а з більшою опускаються вниз (осідають). Такий процес мимовільного поділу сумішей з часом називають відстоюванням. Так, наприклад, суміш дрібного піску та води досить швидко мимоволі ділиться на дві частини:

Для прискорення процесу осадження речовини з більшою щільністю рідини в лабораторних умовах частіше вдаються до більш просунутої версії методу відстоювання. центрифугування. Роль сили тяжіння в центрифугах грає відцентрова сила, що завжди виникає при обертанні. Оскільки відцентрова сила безпосередньо залежить від швидкості обертання, її можна робити набагато більше сили тяжіння, просто збільшуючи число оборотів центрифуги в одиницю часу. Завдяки цьому досягається набагато швидше у порівнянні з відстоюванням поділ суміші.

Після відстоювання або центрифугування надосадову рідину можна відокремити від осаду методом декантації- Акуратним зливанням рідини з осаду.

Розділити суміш двох нерозчинних один в одному рідин (після її відстоювання) можна за допомогою ділильної вирви, принцип дії якої зрозумілий з наступної ілюстрації:

Для поділу сумішей речовин, що знаходяться в різних агрегатних станах, крім відстоювання та центрифугування, також широко використовують фільтрування. Метод полягає в тому, що фільтр має різну пропускну здатність по відношенню до компонентів суміші. Найчастіше це пов'язано з різним розміром частинок, але може бути ще обумовлено тим, що окремі компоненти суміші сильніше взаємодіють з поверхнею фільтра ( адсорбуютьсяїм).

Так, наприклад, завись твердого нерозчинного порошку з водою можна розділити, використовуючи паперовий пористий фільтр. Тверда речовина залишається на фільтрі, а вода проходить через нього і збирається в ємності, розташованій під ним:

У деяких випадках гетерогенні суміші можуть бути розділені завдяки різним магнітним властивостям компонентів. Так, наприклад, суміш порошків сірки та металевого заліза можна розділити за допомогою магніту. Частки заліза на відміну від частинок сірки притягуються та утримуються магнітом:

Поділ компонентів суміші із застосуванням магнітного поля називають магнітною сепарацією.

Якщо суміш є розчином тугоплавкої твердої речовини в будь-якій рідині, виділити цю речовину з рідини можна випарюванням розчину:

Для поділу рідких гомогенних сумішей використовують метод, що називається дистиляцією,або перегонкою. Даний спосіб має принцип дії, схожий з випарюванням, але дозволяє відокремлювати не тільки леткі компоненти від нелетких, але також речовини з відносно близькими температурами кипіння. Один із найпростіших варіантів дистиляційних апаратів представлений на малюнку нижче:

Сенс процесу дистиляції полягає в тому, що при кипінні суміші рідин першими випаровуються пари більш легкокиплячого компонента. Пари цієї речовини після проходження через холодильник конденсуються та стікають у приймач. p align="justify"> Метод дистиляції широко застосовується в нафтовій промисловості при первинній переробці нафти для поділу нафти на фракції (бензин, гас, дизель і т.д.).

Також методом дистиляції отримують очищену від домішок (насамперед солей) воду. Воду, що пройшла очищення дистиляцією, називають дистильованою водою.