Методы разделения и очистки веществ

1. Отстаивание

Опре­де­лим раз­ли­чие между «ме­то­да­ми раз­де­ле­ния сме­сей» и «ме­то­да­ми очист­ки ве­ществ». В пер­вом слу­чае важно по­лу­чить в чи­стом виде все со­став­ля­ю­щие смесь ком­по­нен­ты. При очист­ке ве­ще­ства по­лу­че­ни­ем в чи­стом виде при­ме­сей, как пра­ви­ло, пре­не­бре­га­ют.

ОТ­СТА­И­ВА­НИЕ

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 от­ста­и­ва­ние. Смесь по­ме­ща­ют в воду и пе­ре­ме­ши­ва­ют. Глина и песок с раз­ной ско­ро­стью осе­да­ют в воде. По­это­му песок ося­дет зна­чи­тель­но быст­рее глины (Рис.1).

Раз­де­ле­ние смеси глины и песка ме­то­дом от­ста­и­ва­ния

Рис. 1. Раз­де­ле­ние смеси глины и песка ме­то­дом от­ста­и­ва­ния

Метод от­ста­и­ва­ния ис­поль­зу­ют также для раз­де­ле­ния сме­сей нерас­тво­ри­мых в воде твер­дых 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, т.к масло не рас­тво­ря­ет­ся в воде и имеет мень­шую плот­ность (Рис. 2). Таким об­ра­зом, от­ста­и­ва­ни­ем можно раз­де­лять смеси нерас­тво­ри­мых друг в друге жид­ко­стей с раз­лич­ной плот­но­стью.

Раз­де­ле­ние смеси рас­ти­тель­но­го масла и воды ме­то­дом от­ста­и­ва­ния

Рис. 2. Раз­де­ле­ние смеси рас­ти­тель­но­го масла и воды ме­то­дом от­ста­и­ва­ния

2. Фильтрование

Для раз­де­ле­ния смеси по­ва­рен­ной соли и реч­но­го песка можно вос­поль­зо­вать­ся ме­то­дом от­ста­и­ва­ния (при сме­ше­нии с водой соль рас­тво­рит­ся,  песок ося­дет), но на­деж­нее 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).

Ис­поль­зо­ва­ние ме­то­да филь­тро­ва­ния для от­де­ле­ния реч­но­го песка от рас­тво­ра соли

Рис. 3. Ис­поль­зо­ва­ние ме­то­да филь­тро­ва­ния для от­де­ле­ния реч­но­го песка от рас­тво­ра соли

Филь­тро­ва­ние можно про­во­дить не толь­ко с по­мо­щью филь­тро­валь­ной бу­ма­ги, но и с ис­поль­зо­ва­ни­ем дру­гих по­ри­стых или сы­пу­чих ма­те­ри­а­лов. На­при­мер, к сы­пу­чим ма­те­ри­а­лам от­но­сит­ся квар­це­вый песок, а к по­ри­стым – стек­ло­ва­та и обо­жжен­ная глина.

Неко­то­рые смеси можно раз­де­лить с по­мо­щью ме­то­да «го­ря­чее филь­тро­ва­ние». На­при­мер, смесь по­рош­ков серы и же­ле­за. Же­ле­зо пла­вит­ся при тем­пе­ра­ту­ре более 1500 С, а сера – около 120 С. Рас­плав­лен­ную серу можно от­де­лить от по­рош­ка же­ле­за с по­мо­щью по­до­гре­ва­е­мой стек­ло­ва­ты.

3. Выпаривание, упаривание

Вы­де­лить соль из филь­тра­та можно с по­мо­щью вы­па­ри­ва­ния, т.е. на­греть смесь и вода ис­па­рит­ся, а соль оста­нет­ся на фар­фо­ро­вой чашке. Ино­гда при­ме­ня­ют упа­ри­ва­ние, ча­стич­ное ис­па­ре­ние воды. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ет­ся более кон­цен­три­ро­ван­ный рас­твор, при охла­жде­нии ко­то­ро­го рас­тво­рен­ное ве­ще­ство вы­де­ля­ет­ся в виде кри­стал­лов.

4. Использование магнита

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.

5. Флотация

Эту же смесь можно раз­де­лить еще одним ме­то­дом, ис­поль­зуя зна­ние о сма­чи­ва­е­мо­сти ком­по­нен­тов смеси водой. Же­ле­зо сма­чи­ва­ет­ся водой, т.е. вода рас­те­ка­ет­ся по по­верх­но­сти же­ле­за. Сера же водой не сма­чи­ва­ет­ся. Если по­ме­стить в воду кусок серы, то он уто­нет, т.к. плот­ность серы боль­ше плот­но­сти воды. А вот по­ро­шок серы всплы­вет, т.к. к несма­чи­ва­ю­щим­ся водой кру­пин­кам серы при­ли­па­ют пу­зырь­ки воз­ду­ха и вы­тал­ки­ва­ют их на по­верх­ность. Для раз­де­ле­ния смеси нужно по­ме­стить ее  в воду. По­ро­шок серы всплы­вет, а же­ле­зо уто­нет (Рис. 4).

Раз­де­ле­ние смеси по­рош­ков серы и же­ле­за ме­то­дом фло­та­ции

Рис. 4. Раз­де­ле­ние смеси по­рош­ков серы и же­ле­за ме­то­дом фло­та­ции

Метод раз­де­ле­ния сме­сей, ос­но­ван­ный на раз­ли­чии сма­чи­ва­е­мо­сти ком­по­нен­тов, на­зы­ва­ет­ся фло­та­ци­ей (франц. flotter – пла­вать). Рас­смот­рим еще несколь­ко ме­то­дов раз­де­ле­ния и очист­ки ве­ществ.

6. Перегонка

Один из древ­ней­ших ме­то­дов раз­де­ле­ния сме­сей – пе­ре­гон­ка (или ди­стил­ля­ция). С по­мо­щью этого ме­то­да можно раз­де­лять ком­по­нен­ты, рас­тво­ри­мые друг в друге, име­ю­щие раз­ные тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния. Имен­но таким спо­со­бом по­лу­ча­ют ди­стил­ли­ро­ван­ную воду. Воду с при­ме­ся­ми ки­пя­тят в одном со­су­де. Об­ра­зу­ю­щи­е­ся во­дя­ные пары кон­ден­си­ру­ют­ся при охла­жде­нии в дру­гом со­су­де в виде уже ди­стил­ли­ро­ван­ной (чи­стой) воды.

По­лу­че­ние ди­стил­ли­ро­ван­ной воды

Рис. 5. По­лу­че­ние ди­стил­ли­ро­ван­ной воды

7. Хроматография

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

На­при­мер, крас­ные чер­ни­ла можно раз­де­лить на ком­по­нен­ты (воду и кра­ся­щее ве­ще­ство) по­сред­ством хро­ма­то­гра­фии.

Раз­де­ле­ние крас­ных чер­нил ме­то­дом бу­маж­ной хро­ма­то­гра­фии

Рис. 6. Раз­де­ле­ние крас­ных чер­нил ме­то­дом бу­маж­ной хро­ма­то­гра­фии

В хи­ми­че­ских ла­бо­ра­то­ри­ях хро­ма­то­гра­фию осу­ществ­ля­ют с по­мо­щью спе­ци­аль­ных при­бо­ров – хро­ма­то­гра­фов, ос­нов­ные части ко­то­ро­го – хро­ма­то­гра­фи­че­ская ко­лон­ка и де­тек­тор.

8. Адсорбция

Для очист­ки неко­то­рых ве­ществ в химии ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся ад­сорб­ция. Это на­коп­ле­ние од­но­го ве­ще­ства на по­верх­но­сти дру­го­го ве­ще­ства. 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, 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.

Последнее изменение: Суббота, 14 Октябрь 2017, 01:39