W naszym artykule zastanowimy się, czym są czyste substancje i mieszaniny, metody rozdzielania mieszanin. Każdy z nas używa ich w życiu codziennym. Czy czyste substancje w ogóle występują w przyrodzie? A jak odróżnić je od mieszanek?
Czyste substancje i mieszaniny: sposoby rozdzielania mieszanin
Czyste substancje to substancje, które zawierają cząsteczki tylko określonego typu. Naukowcy uważają, że w naturze praktycznie nie istnieją, ponieważ wszystkie, choć w znikomych proporcjach, zawierają zanieczyszczenia. Absolutnie wszystkie substancje są również rozpuszczalne w wodzie. Nawet jeśli np. srebrny pierścień zostanie zanurzony w tej cieczy, jony tego metalu przejdą do roztworu.
Znakiem czystych substancji jest stałość składu i właściwości fizycznych. W procesie ich powstawania następuje zmiana ilości energii. Co więcej, może się zarówno zwiększać, jak i zmniejszać. Czystą substancję można rozdzielić na poszczególne składniki tylko w wyniku reakcji chemicznej. Na przykład tylko woda destylowana ma typową temperaturę wrzenia i zamarzania dla tej substancji,brak smaku i zapachu. A jego tlen i wodór można rozłożyć tylko przez elektrolizę.
A czym ich agregaty różnią się od czystych substancji? Chemia pomoże nam odpowiedzieć na to pytanie. Metody rozdzielania mieszanin są fizyczne, ponieważ nie prowadzą do zmiany składu chemicznego substancji. W przeciwieństwie do czystych substancji, mieszaniny mają zmienny skład i właściwości i można je rozdzielić metodami fizycznymi.
Co to jest mieszanka
Mieszanka to zbiór pojedynczych substancji. Przykładem jest woda morska. W przeciwieństwie do destylowanej ma gorzki lub słony smak, gotuje się w wyższej temperaturze i zamarza w niższej temperaturze. Metody rozdzielania mieszanin substancji są fizyczne. Tak więc czystą sól można uzyskać z wody morskiej poprzez odparowanie, a następnie krystalizację.
Rodzaje mieszanek
Jeśli dodasz cukier do wody, po chwili jego cząsteczki rozpuszczą się i staną się niewidoczne. W rezultacie nie można ich odróżnić gołym okiem. Takie mieszaniny nazywane są jednorodnymi lub jednorodnymi. Przykładami tego są również powietrze, benzyna, rosół, perfumy, słodka i słona woda oraz stop miedzi i aluminium. Jak widać, mieszaniny jednorodne mogą znajdować się w różnych stanach skupienia, ale najczęściej spotykane są ciecze. Nazywa się je również rozwiązaniami.
W mieszaninach heterogenicznych lub niejednorodnych można rozróżnić cząstki poszczególnych substancji. Typowymi przykładami są opiłki żelaza i drewna, piasek i sól kuchenna. Mieszaniny heterogeniczne nazywane są również zawiesinami. Wśród nich wyróżnia się zawiesiny i emulsje. Pierwsza składa się z cieczy i ciała stałego. Tak więc emulsja jest mieszaniną wody i piasku. Emulsja to połączenie dwóch płynów o różnych gęstościach.
Istnieją mieszaniny heterogeniczne o specjalnych nazwach. Przykładem piany jest pianka, a aerozole obejmują mgłę, dym, dezodoranty, odświeżacze powietrza, środki antystatyczne.
Metody rozdzielania mieszanin
Oczywiście wiele mieszanek ma bardziej wartościowe właściwości niż poszczególne poszczególne substancje, które je tworzą. Ale nawet w życiu codziennym zdarzają się sytuacje, w których trzeba je rozdzielić. A w przemyśle całe branże opierają się na tym procesie. Na przykład z ropy w wyniku jej przetworzenia otrzymuje się benzynę, olej napędowy, naftę, olej opałowy, olej słoneczny i olej maszynowy, paliwo rakietowe, acetylen i benzen. Zgadzam się, korzystanie z tych produktów jest bardziej opłacalne niż bezmyślne spalanie oleju.
Teraz zobaczmy, czy istnieje coś takiego jak chemiczne metody rozdzielania mieszanin. Załóżmy, że musimy uzyskać czyste substancje z wodnego roztworu soli. Aby to zrobić, mieszaninę należy podgrzać. W rezultacie woda zamieni się w parę, a sól się skrystalizuje. Ale jednocześnie nie będzie przemiany jednej substancji w drugą. Oznacza to, że podstawą tego procesu są zjawiska fizyczne.
Metody rozdzielania mieszanin zależą od stanu skupienia, zdolności do rozpuszczania, różnicy w temperaturze wrzenia, gęstości i składu jej składników. Rozważmy każdy z nich bardziej szczegółowo na temat konkretnychprzykłady.
Filtrowanie
Ta metoda rozdzielania jest odpowiednia dla mieszanin zawierających ciecz i nierozpuszczalne ciało stałe. Na przykład woda i piasek rzeczny. Tę mieszaninę należy przepuścić przez filtr. Dzięki temu czysta woda będzie przez nią swobodnie przepływać, a piasek pozostanie.
Rozliczenia
Niektóre metody rozdzielania mieszanin opierają się na działaniu grawitacji. W ten sposób zawiesiny i emulsje można rozłożyć na czyste substancje. Jeśli olej roślinny dostanie się do wody, mieszankę należy najpierw wstrząsnąć. Następnie zostaw to na chwilę. W rezultacie woda znajdzie się na dnie naczynia, a olej pokryje je w postaci filmu.
W warunkach laboratoryjnych do osadzania stosuje się rozdzielacz. W wyniku jego pracy gęstsza ciecz jest odprowadzana do naczynia, podczas gdy lekka pozostaje.
Osiadanie charakteryzuje się niską szybkością procesu. Powstanie osadu zajmuje trochę czasu. W warunkach przemysłowych metoda ta realizowana jest w specjalnych konstrukcjach zwanych osadnikami.
Działanie z magnesem
Jeśli mieszanina zawiera metal, można ją oddzielić za pomocą magnesu. Na przykład oddzielne opiłki żelaza i drewna. Ale czy wszystkie metale mają te właściwości? Zupełnie nie. Do tej metody nadają się tylko mieszaniny zawierające ferromagnetyki. Oprócz żelaza są to nikiel, kob alt, gadolin, terb, dysproz, holm, erb.
Destylacji
To jest tytuł wprzetłumaczone z łaciny oznacza „odwadniające krople”. Destylacja to metoda rozdzielania mieszanin na podstawie różnicy temperatur wrzenia substancji. Dzięki temu nawet w domu można oddzielić alkohol i wodę. Pierwsza substancja zaczyna parować już w temperaturze 78 stopni Celsjusza. Dotykając zimnej powierzchni, para alkoholu skrapla się, przechodząc w stan ciekły.
W przemyśle w ten sposób uzyskuje się produkty rafinacji ropy naftowej, substancje aromatyczne, czyste metale.
Odparowanie i krystalizacja
Te metody rozdzielania są odpowiednie dla roztworów ciekłych. Substancje wchodzące w ich skład różnią się temperaturą wrzenia. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie kryształków soli lub cukru z wody, w której są one rozpuszczone. Aby to zrobić, roztwory są podgrzewane i odparowywane do stanu nasycenia. W tym przypadku kryształy osadzają się. Jeżeli konieczne jest uzyskanie czystej wody, roztwór doprowadza się do wrzenia, po czym następuje kondensacja oparów na zimniejszej powierzchni.
Metody rozdzielania mieszanin gazowych
Mieszanki gazów są rozdzielane metodami laboratoryjnymi i przemysłowymi, ponieważ proces ten wymaga specjalnego sprzętu. Surowcem pochodzenia naturalnego jest powietrze, koks, generator, gaz towarzyszący i gaz ziemny, który jest mieszaniną węglowodorów.
Fizyczne metody rozdzielania mieszanin w stanie gazowym są następujące:
- Kondensacja to proces stopniowychłodzenie mieszaniny, podczas którego następuje kondensacja jej składników. W takim przypadku w stan ciekły przechodzą przede wszystkim substancje wysokowrzące, które gromadzone są w separatorach. W ten sposób z gazu koksowniczego uzyskuje się wodór, a z nieprzereagowanej części mieszaniny oddzielany jest również amoniak.
- Sorpcja to wchłanianie niektórych substancji przez inne. Proces ten ma przeciwstawne składniki, pomiędzy którymi podczas reakcji ustala się równowaga. Procesy do przodu i do tyłu wymagają różnych warunków. W pierwszym przypadku jest to połączenie wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury. Ten proces nazywa się sorpcją. W przeciwnym razie stosowane są odwrotne warunki: niskie ciśnienie w wysokiej temperaturze.
- Separacja membranowa to metoda, w której właściwość półprzepuszczalnych przegród jest wykorzystywana do selektywnego przepuszczania cząsteczek różnych substancji.
- Refluks - proces kondensacji wysokowrzących części mieszanin w wyniku ich schłodzenia. W takim przypadku temperatura przejścia w stan ciekły poszczególnych składników powinna się znacznie różnić.
Chromatografia
Nazwę tej metody można przetłumaczyć jako „Piszę kolorem”. Wyobraź sobie, że atrament jest dodawany do wody. Jeśli obniżysz koniec bibuły filtracyjnej do takiej mieszanki, zacznie się ona wchłaniać. W takim przypadku woda zostanie wchłonięta szybciej niż atrament, co wiąże się z różnym stopniem sorpcji tych substancji. Chromatografia to nie tylko metoda rozdzielania mieszanin, ale także metoda badania takich właściwości substancji jak dyfuzja i rozpuszczalność.
Więc się poznaliśmyz pojęciami takimi jak „czyste substancje” i „mieszaniny”. Pierwsze to pierwiastki lub związki składające się tylko z cząstek określonego typu. Ich przykładami są sól, cukier, woda destylowana. Mieszaniny to zbiór pojedynczych substancji. Do ich rozdzielenia stosuje się szereg metod. Sposób ich rozdzielenia zależy od właściwości fizycznych jego składników. Główne z nich to sedymentacja, odparowanie, krystalizacja, filtracja, destylacja, magnetyzacja i chromatografia.
