Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №9/2006

УЧЕБНИКИ. ПОСОБИЯ

 

О.С.ГАБРИЕЛЯН,
И.Г.ОСТРОУМОВ,
А.К.АХЛЕБИНИН

СТАРТ В ХИМИЮ

7 класс

Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8/2006

Глава 3. Явления, происходящие с веществами

§ 16. Разделение смесей

Способы разделения смесей по размерам частиц,
плотности, магнитным свойствам

В лабораторной практике и в повседневной жизни очень часто приходится выделять из смеси веществ отдельные компоненты. Если при этом вашей целью будет получение в чистом виде каждого вещества, такую операцию называют разделением смеси. Если требуется отделить нужное вещество от примесей, процесс чаще называют очисткой вещества.

В любом случае неоднородные смеси разделить проще, чем однородные. Для этого еще во времена алхимии придумано много способов. Одни из них основаны на различии в размерах частиц смеси, другие – на особых свойствах составляющих их веществ.

Представьте, что в муку попал сахарный песок. Какой способ разделения этой смеси вы могли бы предложить? Пожалуй, самый простой – это просеивание. С помощью сита вы без труда отделите мелкие частицы муки от сравнительно крупных кристалликов сахара. В сельском хозяйстве просеивание используется для отделения семян растений от постороннего мусора. В строительстве так отделяют гравий от песка.

С помощью магнита можно легко отделить железные опилки от порошка серы (рис. 63). Такое разделение основано на особом свойстве железа – способности притягиваться к магниту.

Рис. 63. Отделение железных опилок от порошка серы с помощью магнита

Рис. 63.
Отделение железных опилок
от порошка серы с помощью магнита

А если сера смешана не с железными опилками, а, например, с песком, который к магниту совершенно равнодушен? И в этом случае можно найти способ разделения смеси.

Демонстрационный эксперимент. Смесь тонко измельченной серы и песка высыпают в стакан с водой. Песок оседает на дно, а сера удерживается на поверхности. Порошок серы можно легко отделить ложкой.

Такое разделение также основано на особом свойстве вещества, на этот раз – серы. Порошок серы плохо смачивается водой и удерживается на ее поверхности, несмотря на то, что сера тяжелее воды и должна в ней тонуть. Таким же свойством обладают и некоторые содержащие серу руды, благодаря чему их отделяют от пустой породы, т. е. обогащают. Для этого руду измельчают, загружают в огромный резервуар с водой и снизу подают воздух. Частички руды прилипают к воздушным пузырькам и в виде пены всплывают на поверхность. Тяжелые частички песка и других примесей остаются на дне.

Подобное явление можно наблюдать и дома (задания 8 и 9 к этому параграфу).

Для выделения из жидкостей нерастворимых веществ используется отстаивание. Если частички твердого вещества достаточно крупные, они быстро оседают на дно, и жидкость становится прозрачной. Ее можно осторожно слить с осадка, и эта нехитрая операция тоже имеет свое название – декантация.

Чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь.

Можно отделить друг от друга и две жидкости, которые не смешиваются между собой.

Демонстрационный эксперимент. В плоскодонную колбу наливают равные объемы воды и растительного масла. При интенсивном взбалтывании вода и масло разбиваются на мелкие капельки и перемешиваются, образуется мутная смесь. Очень быстро эта смесь снова расслаивается на более тяжелый водный слой и масло, всплывающее наверх. Отделить полностью верхний слой достаточно сложно. А вот с помощью делительной воронки разделение такой смеси не представляет труда
(рис. 64).

Рис. 64. Разделение двух несмешивающихся жидкостей с помощью делительной воронки
Рис. 64.
Разделение
двух несмешивающихся жидкостей
с помощью делительной воронки

Если частички неоднородной смеси очень малы, ее невозможно разделить ни отстаиванием, ни фильтрованием. Примерами таких смесей могут служить молоко и взмученная в воде зубная паста. Такие смеси разделяют центрифугированием. Смеси, содержащие такую жидкость, помещают в пробирки и вращают с огромной скоростью в специальных аппаратах – центрифугах (рис. 65). В результате центрифугирования более тяжелые частички «придавливаются» ко дну сосуда, а легкие оказываются сверху.

Рис. 65. Центрифуга с пробирками
Рис. 65.
Центрифуга с пробирками

Молоко представляет собой мельчайшие частички жира, распределенные в водном растворе других веществ – сахаров, белков (рис. 66). Для разделения такой смеси применяют специальную центрифугу, называемую сепаратором. При сепарации молока жиры оказываются на поверхности, их легко отделить. Остается вода с растворенными в ней веществами – это обезжиренное молоко.

Рис. 66. Молоко – это мельчайшие капельки жира в водном растворе
Рис. 66.
Молоко – это мельчайшие
капельки жира в водном растворе

Фильтрование

Очистить мутную жидкость или отделить нерастворимый осадок можно с помощью фильтрования. В лаборатории для этого используется специальная пористая бумага. Ее так и называют – фильтровальная. Частицы твердого вещества не проходят через поры бумаги и остаются на фильтре (рис. 67). Вода же с растворенными в ней веществами свободно просачивается через фильтр. Полученный раствор совершенно прозрачен. Его называют фильтратом.

Рис. 67. Фильтрование жидкости с осадком через бумажный фильтр
Рис. 67.
Фильтрование жидкости
с осадком через бумажный фильтр

Фильтрование – очень распространенный процесс и в быту, и в технике, и в природе. Заварку многие процеживают через ситечко. Воздух от пыли, попавшей в пылесос, фильтруется через бумажный или тканевый фильтр. Воду для питья и приготовления пищи рекомендуют пропускать через специальные бытовые фильтры. Помимо того, что они задерживают твердые частицы, угольный порошок поглощает из воды некоторые растворенные в ней вредные вещества.

На очистных сооружениях загрязненную воду также фильтруют через слой чистого песка, на котором задерживается ил, примеси нефтепродуктов, частицы почвы и глины. Топливо и масло в двигателе автомобиля обязательно проходят через фильтрующие элементы. Клеточные мембраны, стенки кишечника или желудка – это тоже своеобразные биологические фильтры, поры которых одни вещества пропускают, а другие задерживают.

Фильтровать можно не только жидкие смеси. Не раз вы видели людей в марлевых повязках, да и самим, наверное, приходилось ею пользоваться (рис. 68). Несколько слоев марли с проложенной между ними ватой очищают вдыхаемый воздух от частиц пыли, смога, да и от болезнетворных микробов, которые «застревают» в хитросплетениях волокон. В промышленности для защиты от пыли используют специальные фильтрующие приспособления, называемые респираторами. Воздух, попадающий в двигатель автомобиля, тоже очищают от пыли тканевыми или бумажными фильтрами.

Рис. 68. Ватно-марлевая повязка защищает человека от болезнетворных микробов, содержащихся в воздухе

Рис. 68.
Ватно-марлевая повязка
защищает человека
от болезнетворных микробов,
содержащихся в воздухе

Адсорбция

В технике часто возникает задача очистки газов, например воздуха, от нежелательных или вредных компонентов. Многие вещества обладают одним интересным свойством – они могут «прицепиться» к поверхности пористых веществ, как железо к магниту.

Адсорбцией называется способность некоторых твердых веществ поглощать своей поверхностью газообразные или растворенные вещества.

Вещества, способные к адсорбции, называются адсорбентами.

Рис. 69. Активированный уголь под увеличением
Рис. 69.
Активированный уголь
под увеличением

Адсорбенты представляют собой твердые вещества, в которых много внутренних каналов, пустот, пор, т.е. они имеют очень большую общую поглощающую поверхность. Такое строение адсорбента можно рассмотреть с помощью увеличительных приборов (рис. 69). Адсорбентами являются активированный уголь (он наверняка есть в вашей домашней аптечке), силикагель (в коробке с новой обувью можно найти небольшой пакетик с белыми горошинами – это и есть силикагель), фильтровальная бумага. Различные вещества «прицепляются» к поверхности адсорбентов неодинаково: одни удерживаются на поверхности прочно, другие – слабее. На свойстве активированного угля поглощать вредные газы основано действие фильтрующего противогаза
(рис. 70).

Рис. 70. Внешний вид фильтрующего противогаза
Рис. 70.
Внешний вид
фильтрующего противогаза

Активированный уголь способен поглощать не только газообразные, но и растворенные в жидкостях вещества. При отравлениях его принимают для того, чтобы на нем адсорбировались ядовитые вещества.

Ученический эксперимент. В колбу с помощью пипетки накапайте 3–5 капель одеколона. Встряхните колбу, понюхайте ее содержимое. Затем добавьте в нее несколько кукурузных палочек, закройте пробкой и встряхните. Через 1–2 мин откройте пробку и понюхайте содержимое колбы. Что можно сказать об интенсивности запаха одеколона в первом и во втором случаях? Объясните результат.

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

1. На каких свойствах веществ основано разделение смесей?

2. Приведите примеры разделения смесей с помощью просеивания, известные вам из повседневной жизни.

3. Для отделения золота от пустой породы «золото моют». Какие свойства золота и частиц горной породы используют при этом?

4. Что такое отстаивание и декантация? Приведите примеры.

5. Что такое фильтрование и фильтрат? Какие вещества и материалы могут использоваться для изготовления фильтра?

6. Приведите примеры способов фильтрования воздуха, которые используются в быту и на производстве.

7. Что такое центрифугирование? На чем основан этот процесс? Где он применяется?

8. Смешайте столовую ложку сухого молока и речного песка. Пересыпьте смесь в стакан с водой. Для того чтобы песок полностью «утонул», постучите по внешней стенке стакана ложкой. Какой из компонентов смеси остался на поверхности воды? Почему?

9. В стеклянный стакан насыпьте немного порошка для чистки посуды и налейте полстакана воды. Образуется мутная смесь. Жидкость станет прозрачной только на следующий день. Почему смесь отстаивают так долго?

10. Растолките пять таблеток активированного угля и смешайте их с четвертью стакана окрашенной газировки, например пепси-колой. Интенсивно перемешайте смесь ложечкой. Что наблюдается? Сравните окраску отстоявшегося раствора с окраской исходного напитка.