Разделение смесей

В повседневной жизни мы имеем дело со смесями веществ. Часто приходится разделять смеси на отдельные компоненты.

Таким образом, разделение смесей – это получение в чистом виде каждого вещества из смеси. А очистка вещества – это отделение примесей от веществ.

Неоднородные смеси разделить гораздо проще, чем однородные. Одни способы разделения смесей основаны на различиях в размерах частиц, другие – на свойствах составляющих веществ.

В быту мы часто используем такой распространённый метод, как просеивание. Например, для разделения смеси муки и сахара или для отделения семян от мусора в сельском хозяйстве, а также для разделения гравия от песка в строительстве.

Среди методов разделения неоднородных смесей выделяют метод действия магнитом. Этот метод разделения основан на способности некоторых веществ притягиваться к магниту. Например, для разделения смеси, содержащей серу и железные опилки, магнит подносят к смеси и железные опилки притягиваются к нему.

Если смешать серу с песком, то данную смесь следует растворить в воде. При этом песок оседает на дно, а сера удерживается на поверхности. Её затем легко собрать ложкой.

Этот способ разделения смеси основан на свойствах серы, таких как плохая смачиваемость серы с водой. Поэтому сера всплывает на поверхность. Такими же свойствами обладают и руды, содержащие серу, благодаря чему их отделяют от пустой породы. Этот процесс называется обогащением породы. При этом руду измельчают и помещают в огромный резервуар, затем наполняют его водой и снизу подают воздух. Частицы руды прилипают к воздушным пузырькам и и в виде пены всплывают на поверхность. А частицы песка и другие тяжёлые частицы остаются на дне.

Для выделения нерастворимых в воде веществ используют метод отстаивания. При этом крупные тяжёлые частицы оседают на дно, а жидкость становится прозрачной. Её легко слить с осадка. Этот процесс называется декантацией. Чем меньше размер твёрдых частиц в жидкости, тем медленнее отстаивается смесь.

Методом отстаивания можно разделить смесь, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей.

Рассмотрим этот метод на наглядном примере. В колбе смешаем воду и растительное масло, интенсивно перемешаем, получится мутная смесь. Через некоторое время на поверхности окажется масло, а внизу – вода. Однако отделить верхний слой достаточно сложно, это можно сделать только с помощью делительной воронки.

Бывает так, что частицы неоднородной смеси настолько малы, что разделить их отстаиванием невозможно. Тогда используют метод центрифугирования. Этим методом разделяют такую неоднородную смесь, как молоко, или взмученную в воде зубную пасту. Такие смеси помещают в специальные пробирки, которые вращаются с большой скоростью в аппаратах, называемых центрифугами. В результате более лёгкие частицы оказываются наверху, а внизу – более тяжёлые.

Молоко – это мельчайшие капельки жира в водном растворе, в котором находятся также сахар, белки. Для разделения данной смеси используют специальную центрифугу, которая называется сепаратором. При разделении компонентов смеси жиры оказываются на поверхности, а внизу – вода с растворёнными веществами – это обезжиренное молоко.

Для разделения неоднородных смесей используют метод фильтрования. В лаборатории фильтром является специальная бумага, которую так и называют – фильтровальная бумага. Этот метод основан на том, что частицы твёрдого вещества не проходят через поры бумаги, а вода с растворёнными в ней веществами проходит через фильтр. При этом получается прозрачный раствор, который называется фильтратом.

Метод фильтрования достаточно широко распространён в быту. Например, заварку процеживают через ситечко, воздух от пыли, попавшей в пылесос, фильтруется через бумажный или тканевый фильтр, воду для питья и приготовления пищи фильтруют через бытовые фильтры.

На очистных сооружениях воду фильтруют через слой чистого песка, на котором задерживается ил, примеси нефтепродуктов, частицы почвы и глины.

Топливо и масло в двигателях автомобиля проходят через фильтрующие элементы.

Фильтровать можно не только жидкие смеси. Например, несколько слоёв марли, между которыми находится вата, очищают вдыхаемый воздух от частиц   пыли, смога, болезнетворных микробов. В промышленности для защиты от пыли используют респираторы.

Для очистки газов используют метод адсорбции.

Адсорбция – это способность некоторых твёрдых веществ поглощать своей поверхностью газообразные или растворённые вещества.

Адсорбенты – это вещества, способные к адсорбции.

Адсорбенты – вещества, которые имеют большую поглощающую поверхность. Хорошими адсорбентами являются активированный уголь, силикагель (который вы видели в коробке с новой обувью), фильтровальная бумага.

Вещества на поверхности адсорбентов могут прочно удерживаться на поверхности, а могут и менее прочно. На свойстве активированного угля поглощать вредные газы основано действие противогаза.

Активированный уголь способен поглощать не только газообразные вещества, но и растворённые в жидкостях вещества. В медицине это свойство применяется для адсорбции вредных веществ при отравлениях.

С помощью активированного угля на сахарных заводах обесцвечивают сиропы, чтобы кристаллики сахара получались красивого белого цвета.

Проведём эксперимент. В колбу накапаем несколько капель одеколона. Встряхнём сосуд и понюхаем. Запах одеколона можно почувствовать сразу. Добавим  в колбу несколько кукурузных палочек, встряхнём колбу и понюхаем сейчас. Запах одеколона ощущается, но не так сильно, как в первом случае. Этот опыт доказывает адсорбцию веществ на поверхности адсорбента, которым являются кукурузные палочки.

Смешаем столовую ложку сухого молока и речного песка в стакане. Пересыпем эту смесь в стакан с водой, но перемешивать не будем. Постучим ложкой по стенке стакана. Через некоторое время песок начинает оседать на дно, а на поверхности воды – сухое молоко. Это метод отстаивания, при котором тяжёлые твёрдые частицы оседают на дно, а мелкие частицы смеси всплывают на поверхность.

Проведём ещё один эксперимент. В стеклянный стакан насыпем немного чистящего порошка для посуды и нальём сюда воды. Образуется мутная смесь. Через некоторое время жидкость становится прозрачной, так как чистящий порошок оседает на дно. Однако в отличие от предыдущего опыта, процесс отстаивания идёт гораздо быстрее, потому что частицы порошка более мелкие, чем частицы песка.

Явление адсорбции можно наблюдать в следующем опыте. Растолчённые таблетки активированного угля добавим в стакан пепси, интенсивно перемешаем смесь ложкой. Через некоторое время смесь станет гораздо светлее, потому что активированный уголь адсорбирует на своей поверхности красящие вещества.