Химические методы разделения смесей веществ. чистые вещества и смеси

Популярные типы разделительных приборов

Существует несколько типов приборов, которые могут помочь в разделении несмешивающихся жидкостей. Рассмотрим некоторые из них:

• Сепараторы — это приборы, которые работают на принципе гравитационного разделения. Они позволяют отделить одну фазу от другой на основе различий в плотности. Сепараторы широко используются в нефтяной промышленности для отделения нефти, воды и газа.
• Центрифуги — это приборы, которые используют центробежную силу для разделения жидкостей различной плотности. Центрифуги обычно состоят из вращающегося барабана, в котором жидкости разделены на разные слои. Они широко применяются в различных отраслях, включая пищевую и фармацевтическую промышленность.
• Мембранные фильтры — это приборы, которые используют полупроницаемые мембраны для разделения жидкостей, основываясь на их размерах или молекулярном весе. Мембранные фильтры могут быть использованы для удаления твердых частиц из жидкости или для отделения различных фаз.
• Эмульгаторы — это приборы, которые используются для разрушения эмульсий и смешивания несмешивающихся жидкостей. Они могут быть механическими или химическими и помогают создавать стабильные смеси из иначе несовместимых компонентов.

Выбор конкретного разделительного прибора зависит от свойств и требований жидкостей, которые необходимо разделить. Каждый из этих типов приборов имеет свои преимущества и ограничения, и выбор должен основываться на конкретной задаче и условиях использования.

Чистое вещество: что это такое

Атомы, молекулы, вещества и смеси — это основные химические понятия. Что они обозначают? В таблице Д. И. Менделеева 118 химических элементов. Это различные типы элементарных частиц — атомов. Они отличаются между собой массой.

Соединяясь между собой, атомы образуют молекулы, или вещества. Последние, соединяясь между собой, образуют смеси. Чистые вещества имеют постоянный состав и свойства. Это однородные структуры. Но их можно разделить на составляющие посредством химических реакций.

Ученые утверждают, что чистых веществ в природе практически не существует. Незначительное количество примесей есть в каждом из них. Это происходит потому, что большинство веществ отличаются активностью. Даже металлы, погруженные в воду, растворяются в ней на уровне ионов.

Состав чистых веществ всегда постоянный. Изменить его просто невозможно. Так, если в молекуле углекислого газа увеличить количество углерода или кислорода, это будет уже совсем другое вещество. А в смеси можно увеличить или уменьшить количество компонентов. Это изменит ее состав, но не факт существования.

Виды смесей

Все смеси делятся на два типа: гомогенные и гетерогенные.

Однородные смеси — это такие смеси, в которых частицы невозможно обнаружить визуально или с помощью оптических приборов.

Гомогенные смеси классифицируются как однородные смеси:

1. смеси газов (воздух, природный газ);
2. растворы (раствор сахара или соли, нефть);
3. сплавы (латунь, бронза, сталь).

Гетерогенные (неоднородные) смеси — это смеси, в которых частицы различных веществ видны визуально или с помощью оптических приборов.

При образовании гетерогенной смеси частицы одного вещества (твердого, жидкого или газа) распределяются в среде другого вещества. Между частицами существует граница раздела. Гетерогенные смеси различают в зависимости от агрегатного состояния вещества и среды.

Состояние агрегации среды

Общее состояние среды

Название смеси

Примеры

Взвешенный песок в воде

Большинство продуктов питания относятся к этому типу, но жидкости не разделяются при добавлении эмульгаторов.

Мыльный налет, газированная вода

Без имени

Без имени

Без имени

Онлайн-курсы по химии Skysmart School содержат еще больше удобных рабочих листов, таблиц и шпаргалок, которые помогут вам запомнить материал и тщательно подготовиться к контрольной или экзамену.

Как разделить несмешивающиеся жидкости

Несмешивающиеся жидкости с разными плотностями могут быть разделены с помощью нескольких основных способов:

1. Использование воронки и сепаратора

Один из самых простых способов — использование воронки и сепаратора. Жидкости с разной плотностью наливаются в воронку по отдельности, так чтобы они не смешивались. Затем, поворачивая воронку, происходит разделение жидкостей: более плотная жидкость остается на дне, а менее плотная остается на поверхности.

2. Использование центрифуги

Еще один эффективный способ — использование центрифуги. Жидкости помещаются в герметичные контейнеры и размещаются в центрифуге. При вращении, силы инерции вызывают перемещение жидкостей, и они разделяются на основе плотности. Таким образом, более плотная жидкость перемещается ближе к краю контейнера, а менее плотная остается ближе к центру.

3. Использование разделительных веществ

Для разделения несмешивающихся жидкостей также можно использовать разделительные вещества, которые образуют межфазную границу. Это позволяет легко отделить две жидкости друг от друга. Пример такого вещества — глицерин, который добавляется в несмешивающиеся жидкости, образуя тонкий слой, на котором можно легко разделить жидкости.

Как видно, существует несколько способов разделить несмешивающиеся жидкости с разными плотностями

Выбор метода зависит от условий и требований, но в каждом случае важно обеспечить правильное разделение для получения нужных результатов

Фильтрование

Фильтрация — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты путем пропускания смеси через пористую поверхность. Пористая поверхность может представлять собой бумажную воронку, марлю, сложенную в несколько слоев, или другой пористый материал, способный удерживать один или несколько компонентов смеси.

Гетерогенная смесь водорастворимых и нерастворимых в воде материалов может быть разделена путем фильтрации.

Пример. Чтобы разделить смесь поваренной соли и песка, ее можно высыпать в сосуд с водой, перемешать, а затем пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остается на фильтровальной бумаге, а прозрачный солевой раствор проходит через фильтр:

При необходимости растворенную поваренную соль можно отделить от воды путем выпаривания.

Фильтрация: сущность процесса, промышленное применение для тонкого разделения жидких или газообразных гетерогенных систем, преимущества перед отстаиванием. Фильтрация и центробежная фильтрация, их преимущества и недостатки. Технология суспензионной фильтрации.

Сущность процесса фильтрации воды, технологические схемы очистки воды и классификация очистных сооружений по принципу действия. Принцип очистки воды гранулированными материалами. Составление кривых для увеличения потери давления и оптимизация процессов очистки.

Идеальные жидкости. Определение констант фильтрации. Основные типы отстойников. Классификация и базовое разделение гетерогенных систем. Коэффициент сопротивления Стокса. Расчет скорости седиментации. Основные конструкции центробежных машин, фильтров.

Изучение общих сведений о полиядерных комплексах, методах приготовления компонентов реакционной смеси. Обзор фильтрации, очистки и сушки полученного вещества. Анализ приготовления биядерного аммиачного комплекса и реагентов, использованных в синтезе.

Процесс извлечения взвешенных веществ из воды в процессе фильтрации. Формирование пористого канала в пласте. Соотношение диаметров пор и бута. Объем фильтрующего материала. Изменение концентрации взвешенных твердых частиц в воде. Технология осветления воды в больших фильтрах.

Методы классификации удобрений. Особенности хранения и обращения с минеральными удобрениями, требования к их качеству. Обязательная маркировка минеральных удобрений. Расчет дозировки минеральных удобрений в зависимости от действующего вещества. Техника внесения удобрений.

Санитарные нормы содержания фтора в питьевой воде, технология ее фторирования и определение дозы реагента. Характеристика методов поглощения осадка гидроксида алюминия (магния) и фильтрования с использованием селективных материалов для дефторирования воды.

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам

Процессы разделения смесей

Процесс разделения может происходить несколькими способами, и используемый метод зависит от следующих аспектов:

Разделение однородных смесей

Гомогенные смеси — это смеси, содержащие только одну фазу. Основные процессы разделения этих смесей:

простая перегонка

Простая перегонка — это отделение твердых веществ от жидких по температуре кипения.

Пример: вода с солью подвергается температуре кипения, при которой при испарении остается только соль.

фракционная перегонка

Фракционная перегонка — это разделение жидких веществ путем кипячения. Чтобы этот процесс был возможен, жидкости разделяются по частям, пока не получится жидкость с самой высокой температурой кипения.

Пример: отделение воды от ацетона.

Испарение

THE испарение, также известное как испарение, заключается в нагревании смеси до тех пор, пока жидкость не испарится, отделяя ее от растворенного вещества в твердой форме. В этом случае жидкий компонент теряется.

Пример: процесс получения морской соли.

Испарение: вода испаряется, а соль остается

фракционное разжижение

Фракционное сжижение осуществляется на специальном оборудовании, в котором смесь охлаждается до тех пор, пока газы не станут жидкими. После этого они проходят фракционную перегонку и разделяются по температурам кипения.

Пример: разделение компонентов атмосферного воздуха.

Разделение гетерогенных смесей

Гетерогенные смеси — это смеси, состоящие из двух фаз. Основные процессы разделения:

Центрифугирование

THE центрифуга это происходит за счет центробежной силы, которая отделяет более плотное от менее плотного.

Пример: центрифугирование в процессе стирки, при котором вода отделяется от одежды.

фильтрация

THE фильтрация это разделение нерастворимых твердых веществ и жидкостей.

Пример: приготовление кофе с помощью ситечка. Для получения напитка его процеживают, отделяя порошок от жидкости.

Декантация

THE декантировать это разделение между веществами, имеющими разную плотность. Это может быть выполнено между жидкостью-твердым веществом и жидкостью-жидкостью.

В этом случае твердое вещество должно быть плотнее жидкости. Твердое вещество осядет на дно емкости. Для этого используется сливная воронка.

Пример: отделение воды и песка или отделение воды от менее плотной жидкости, такой как масло.

Процесс урегулирования между жидкостями

фракционное растворение

THE фракционное растворение он используется для разделения твердых или твердых и жидких веществ. Он используется, когда в смеси присутствует вещество, растворимое в растворителях, например вода.

После метода растворения смесь должна пройти другой метод разделения, такой как фильтрация или дистилляция.

Пример: разделение песка и соли (NaCl).

магнитная сепарация

THE магнитная сепарация это отделение металла от других веществ с помощью магнита.

Пример: отделение железных (металлических) опилок от порошковой серы или песка.

магнитная сепарация

Вентиляция

Вентиляция — это разделение веществ разной плотности. Пример: продуйте миску с рисом, чтобы удалить шелуху, которая примешалась к нему перед приготовлением.

Левитация

Левитация — это разделение твердых веществ. Это процесс, используемый горняками и ставший возможным благодаря разной плотности веществ.

Пример: золото отделяется от песка в воде, потому что металл плотнее песка.

Левитация используется для добычи золота

Просеивание или просеивание

Просеивание — это разделение веществ через сито.

Пример: просеивание сахара, чтобы отделить более крупные зерна, чтобы сделать торт только из самого лучшего сахара.

Флотация

THE плавучесть Разделение твердых и жидких веществ осуществляется путем добавления в воду веществ, способствующих образованию пузырьков. Пузырьки образуют пену, разделяющую вещества.

Пример: водоподготовка.

флокуляция

Флокуляция заключается в добавлении коагулирующих веществ, таких как сульфат алюминия (Al₂(ТОЛЬКО₄)₃), добавляемую в воду вместе с оксидом кальция (CaO). Реакция между этими двумя веществами дает гидроксид алюминия (Al (OH)₃).

Небольшие частицы, взвешенные в воде, объединяются и связываются с гидроксидом алюминия, образуя более крупные хлопья / хлопья, которые позволяют декантировать.

Этот процесс является одним из этапов очистка воды

Это чрезвычайно важно, потому что очень мелкие частицы не оседают и остаются взвешенными в воде, что затрудняет их удаление

коллекция

THE уход это простейший метод разделения смесей. Выполняется вручную, отделяя цельные части.

Пример: отделение отходов или отделение грязи от зерна.

Читайте тоже:

• Хроматография
• химические превращения

Выпаривание. Кристаллизация

Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.

Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:

Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.

Принцип работы разделительного прибора

Разделительный прибор – это специальное устройство, предназначенное для разделения несмешивающихся жидкостей. Этот прибор основан на принципе разделения смеси на основе различия их плотностей.

Основные составные части разделительного прибора:

• Входное отверстие: позволяет ввести смесь несмешивающихся жидкостей в прибор.
• Отводные отверстия: служат для отвода разделенных компонентов смеси.
• Отделительные перегородки: разделяют смесь на несколько частей, каждая из которых содержит определенный компонент смеси.
• Механизм управления: позволяет контролировать процесс разделения и регулировать скорость движения жидкости внутри прибора.
• Корпус: обеспечивает надежность и устойчивость прибора.

Процесс разделения несмешивающихся жидкостей в разделительном приборе осуществляется следующим образом:

1. Смесь жидкостей поступает через входное отверстие в прибор.
2. Под действием гравитации или других сил, вызванных различием плотностей компонентов смеси, жидкости начинают разделяться.
3. Отделительные перегородки направляют разделенные компоненты смеси к отводным отверстиям.
4. Каждый компонент смеси вытекает через свое отводное отверстие.
5. Механизм управления регулирует скорость движения жидкости и обеспечивает эффективное разделение смеси.

В результате работы разделительного прибора, несмешивающиеся жидкости разделяются на составные компоненты, которые можно использовать отдельно друг от друга.

Разделение смесей твердых веществ

Отстаивание	Магнитная сепарация
Например, смесь хлорида натрия и карбоната кальция можно разделить растворением в воде и последующим отстаиванием	Например, смесь серы и железных опилок можно разделить с помощью магнита:

Сублимация (возгонка) — очистка твердых веществ, способных при нагревании переходить непосредственно из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую фазу. Образующийся газ конденсируется охлаждаемой частью прибора. Сублимацию обычно проводят при температуре, близкой к температуре плавления вещества. Возгонкой можно очистить йод, серу, хлорид аммония.

Перекристаллизация. При повышенной температуре готовят насыщенный раствор очищаемого вещества, затем для удаления нерастворимых примесей раствор фильтруют через воронку для горячего фильтрования и охлаждают до низкой температуры. При понижении температуры растворимость вещества понижается, и основная часть очищаемого вещества выпадает в осадок, растворимые примеси остаются в растворе.

Хроматография. Метод разделения и анализа смесей веществ, который основан на распределении веществ между двумя фазами – неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент).

Адсорбция

Некоторые вещества обладают способностью притягивать молекулы другого вида. К примеру, мы принимаем активированный уголь при отравлении, чтобы избавиться от токсинов. Для этого процесса необходима поверхность раздела, которая находится между двумя фазами.

Этот способ применяют в химической промышленности при выделении бензола из газообразных смесей, очистки жидких продуктов переработки нефти, их очистки от примесей.

Итак, в нашей статье мы рассмотрели основные способы разделения смесей. Человек использует их как в быту, так и в промышленных масштабах. Выбор способа зависит от вида смеси. Важным фактором являются особенности физических свойств ее компонентов. Для разделения растворов, в которых отдельные части визуально неразличимы, используют методы выпаривания, кристаллизации, хроматографию и дистилляцию. Если отдельные компоненты можно определить, такие смеси называют неоднородными. Для их разделения применяют способы отстаивания, фильтрования и действия магнитом.

Гетерогенными называют такие смеси, в которых можно выявить границу раздела между исходными компонентами либо невооруженным глазом, либо под лупой или микроскопом:	Вещества в таких смесях смешаны друг с другом максимально возможно, можно сказать, на молекулярном уровне. В таких смесях нельзя выявить границу раздела исходных компонентов даже под микроскопом:
Примеры
Суспензия (твердое + жидкость) Эмульсия (жидкость + жидкость) Дым (твердое + газ) Смесь порошков твердых веществ (твердое+твердое)	Истинные растворы (например, раствор поваренной соли в воде, раствор спирта в воде) Твердые растворы (сплавы металлов, кристаллогидраты солей) Газовые растворы (смесь не реагирующих между собой газов)

Хроматография

Название этого способа можно перевести как «пишу цветом». Представьте, что в воду добавлены чернила. Если опустить в такую смесь конец фильтровальной бумаги, она начнет впитываться. При этом вода будет поглощаться быстрее чернил, что связано с разной степенью сорбируемости этих веществ. Хроматография является не только способом разделения смесей, но и методом изучения таких свойств веществ, как диффузия и растворимость.

Итак, мы познакомились с такими понятиями, как «чистые вещества» и «смеси». Первые представляют собой элементы или соединения, состоящие только из частиц определенного вида. Их примерами являются соль, сахар, дистиллированная вода. Смеси — это совокупность индивидуальных веществ. Для их разделения используют ряд методов. Способ их разделения зависит от физических свойств его составляющих. К основным из них относятся отстаивание, выпаривание, кристаллизация, фильтрование, дистилляция, действие магнитом и хроматография.

Гетерогенными называют такие смеси, в которых можно выявить границу раздела между исходными компонентами либо невооруженным глазом, либо под лупой или микроскопом:	Вещества в таких смесях смешаны друг с другом максимально возможно, можно сказать, на молекулярном уровне. В таких смесях нельзя выявить границу раздела исходных компонентов даже под микроскопом:
Примеры
Суспензия (твердое + жидкость) Эмульсия (жидкость + жидкость) Дым (твердое + газ) Смесь порошков твердых веществ (твердое+твердое)	Истинные растворы (например, раствор поваренной соли в воде, раствор спирта в воде) Твердые растворы (сплавы металлов, кристаллогидраты солей) Газовые растворы (смесь не реагирующих между собой газов)

Отстаивание

Старение — это разделение гетерогенной смеси жидкостей на составляющие ее компоненты путем сепарации с течением времени под действием силы тяжести.

Метод седиментации можно использовать для разделения смесей нерастворимых в воде веществ с различной плотностью.

Пример. Смесь железа и древесных опилок можно разделить, высыпав ее в емкость с водой (1), перемешав и дав постоять. Железные стружки опускаются на дно емкости, а древесные стружки плавают на поверхности воды (2) и могут быть пересыпаны в другую емкость с водой (3):

Тот же принцип используется для разделения смесей жидкостей, которые плохо растворимы друг в друге.

Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой и растительных масел с водой быстро разделяются и поэтому могут быть разделены с помощью разделительной воронки:

Осаждение также можно использовать для разделения веществ, которые с разной скоростью выпадают в осадок в воде.

Пример. Смесь глины и песка можно разделить, высыпав ее в сосуд с водой (1), взболтав и дав ей осесть. Песок оседает на дно гораздо быстрее, чем глина (2):

Этот метод используется для отделения песка от глины при производстве керамики (изготовление глиняной посуды, красного кирпича и т.д.).

Метод плотностного формирования при разделении жидкостей

Принцип работы метода заключается в добавлении в вещество, разделяемое на фракции, вещества с более высокой или более низкой плотностью. В результате этого происходит формирование слоистой структуры, где каждая фракция образует отдельный слой.

Для успешного разделения жидкостей с помощью метода плотностного формирования необходимо правильно подобрать вещества для изменения плотности. Они должны обладать разной плотностью и не растворяться друг в друге.

Преимуществом метода плотностного формирования является его простота и доступность. Он может быть использован для разделения широкого спектра жидкостей с разной плотностью. Однако, этот метод имеет и свои недостатки, включая потерю части вещества при разделении, а также возможность образования эмульсии.

В целом, метод плотностного формирования является эффективным способом разделения жидкостей с разной плотностью. Он является важным инструментом в различных промышленных и лабораторных процессах, где требуется разделение веществ по плотности.

Методы разделения смесей

Гетерогенные смеси типов газ-жидкость, жидкость-твёрдое, газ-твёрдое неустойчивы во времени под действием силы тяжести. В таких смесях составные компоненты с меньшей плотностью постепенно поднимаются вверх (всплывают), а с большей — опускаются вниз (оседают). Такой процесс самопроизвольного разделения смесей с течением времени называют отстаиванием. Так, например, смесь мелкого песка и воды довольно быстро самопроизвольно делится на две части:

Для ускорения процесса осаждения вещества с большей плотностью из жидкости в лабораторных условиях чаще прибегают к более продвинутой версии метода отстаивания — центрифугированию. Роль силы тяжести в центрифугах играет центробежная сила, всегда возникающая при вращении. Поскольку центробежная сила напрямую зависит от скорости вращения, ее можно делать многократно больше силы тяжести, просто увеличивая число оборотов центрифуги в единицу времени. Благодаря этому достигается намного более быстрое по сравнению с отстаиванием разделение смеси.

После отстаивания или центрифугирования надосадочную жидкость можно отделить от осадка методом декантации — аккуратным сливанием жидкости с осадка.

Разделить смесь двух нерастворимых друг в друге жидкостей (после ее отстаивания) можно с помощью делительной воронки, принцип действия которой понятен из следующей иллюстрации:

Для разделения смесей веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях, помимо отстаивания и центрифугирования также широко используют фильтрование. Метод заключается в том, что фильтр обладает различной пропускной способностью по отношению к компонентам смеси. Чаще всего это связано с различным размером частиц, но также может быть еще обусловлено тем, что отдельные компоненты смеси сильнее взаимодействуют с поверхностью фильтра (адсорбируются им).

Так, например, взвесь твердого нерастворимого порошка с водой можно разделить, используя пористый бумажный фильтр. Твердое вещество остается на фильтре, а вода проходит через него и собирается в в емкости, расположенной под ним:

В некоторых случаях гетерогенные смеси могут быть разделены благодаря разным магнитным свойствам компонентов. Так, например, смесь порошков серы и металлического железа можно разделить с помощью магнита. Частицы железа в отличие от частиц серы притягиваются и удерживаются магнитом:

Разделение компонентов смеси с применением магнитного поля называют магнитной сепарацией.

Если смесь представляет собой раствор тугоплавкого твердого вещества в какой-либо жидкости, выделить это вещество из жидкости можно выпариванием раствора:

Для разделения жидких гомогенных смесей используют метод, называемый дистилляцией, или перегонкой. Данный способ имеет принцип действия, схожий с выпариванием, но позволяет отделять не только летучие компоненты от нелетучих, но также и вещества с относительно близкими температурами кипения. Один из простейших вариантов дистилляционных аппаратов представлен на рисунке ниже:

Смысл процесса дистилляции заключается в том, что при кипении смеси жидкостей первыми улетучиваются пары более легкокипящего компонента. Пары этого вещества после прохождения через холодильник конденсируются и стекают в приемник. Метод дистилляции широко применяется в нефтяной промышленности при первичной переработке нефти для разделения нефти на фракции (бензин, керосин, дизель и т.д.).

Так же методом дистилляции получают очищенную от примесей (прежде всего солей) воду. Воду, прошедшую очистку дистилляцией, называют дистиллированной водой.