§ 9. Способи розділення сумішей

Часто виникає потреба виділити із суміші один компонент (наприклад, відокремити добуте вугілля від негорючих речовин) або очистити певну речовину від домішок. Іноді із суміші вилучають кожний компонент для його подальшого використання. На уроках природознавства ви дізналися про такі способи розділення сумішей, як відстоювання, випарювання, навчилися виконувати фільтрування. Відомі й інші способи розділення сумішей. Обираючи спосіб, враховують тип суміші, агрегатні стани компонентів та їх відмінності за фізичними властивостями (схема 3).

Способи розділення сумішей

• Завдяки яким властивостям компонентів можливе розділення кожної неоднорідної суміші, вказаної на схемі?

Відстоюванням можна розділити неоднорідну суміш твердої речовини і рідини або двох рідин. Речовина, що має більшу густину, накопичується в нижній частині суміші. Наприклад, глина, змішана з водою, осідає на дно посудини, а деревна тирса спливає. Струшена суміш води і бензину досить швидко розділяється на два шари. У верхньому шарі виявляємо легшу рідину — бензин, а в нижньому — воду.

Неоднорідні суміші, в яких тверді часточки надто повільно осідають у рідині, розділяють центрифугуванням. Основою лабораторної центрифуги (мал. 38) є ротор, у якому закріплюють спеціальні пробірки з неоднорідною сумішшю твердої та рідкої речовин. Під час обертання ротора в пробірках відбувається осадження твердої речовини (вона має більшу густину), а над нею залишається прозора рідина.

Центрифуга є у пральній машині. У ній рідина відокремлюється від білизни і витікає через невеликі отвори у стінках центрифуги в нижню частину машини.

Мал. 38. Лабораторна центрифуга

Неоднорідну суміш твердої речовини і рідини або твердої речовини і газу можна розділити фільтруванням (с. 26). Із цією метою суміш пропускають через фільтр — спеціальний папір або тканину, вату, пісок. Часточки твердої речовини залишаються на фільтрі, а рідина чи газ проходить крізь його пори, проміжки між волокнами або часточками.

Процес фільтрування покладено в основу роботи респіратора — пристрою (мал. 39), який використовують люди, що працюють у запиленому просторі. Він містить фільтри, які перешкоджають потраплянню пилу в дихальні шляхи. Найпростіший респіратор — пов’язка з кількох шарів марлі. Фільтр, що вилучає пил із повітря, є також у пилососі.

Мал. 39. Робітник у респіраторі

За допомогою магніту з промислових і побутових відходів вилучають залізо. У такий спосіб збагачують залізну руду — магнетит. Завдяки здатності часточок цієї руди притягуватися до магніту її відокремлюють від піску, глини, ґрунту.

Для виділення твердої речовини з однорідної суміші з леткою рідиною 1 використовують випарювання (с. 28). Суміш поміщають у відкриту посудину і нагрівають. Рідина поступово перетворюється на пару, а в посудині залишається тверда речовина.

1 Рідину називають леткою, якщо вона має невисоку температуру кипіння. Серед таких рідин — медичний ефір (температура кипіння за тиску 760 мм рт. ст. +34,6 °С), ацетон (+56,5 °С), етиловий спирт (+78,3 °С), вода (+100 °С).

Перегонка, або дистиляція 1 , — спосіб розділення сумішей (переважно однорідних) рідин, а також очищення рідини від розчинених у ній речовин. На заводах перегонкою нафти, що є сумішшю багатьох речовин, добувають бензин, гас, дизельне пальне.

1 Термін походить від латинського слова distillatio — стікання краплинами.

У лабораторії перегонку здійснюють так, як зображено на малюнку 40. У процесі нагрівання суміші рідин спочатку закипає речовина, яка має найнижчу температуру кипіння. Її пара виходить із посудини, охолоджується, конденсується 2 , а утворена рідина стікає в приймач. Коли цієї речовини не залишиться в суміші, температура почне підвищуватись, і згодом закипає інший компонент. У цей момент приймач замінюють на інший. Нелеткі рідини залишаються в посудині.

2 Термін походить від латинського слова condensatio — згущення, ущільнення.

Мал. 40. Лабораторна установка для перегонки: а — звичайна; б — спрощена

1 — суміш рідин із різними температурами кипіння; 2 — термометр; 3 — водяний холодильник; 4 — приймач; 5 — вода з льодом

Перегонкою очищують природну воду від домішок. Отриману чисту воду називають дистильованою. Її використовують у науково-дослідних лабораторіях, у виробництві речовин для новітньої техніки, у фармакології для приготування ліків тощо.

Цікаво знати

Дистильовану воду частіше зберігають у поліетиленових посудинах, ніж у скляних.

Розділення різних сумішей відбувається і в природному середовищі. Із повітря на земну поверхню осідають часточки пилу, а під час дощу та снігопаду — потрапляють краплі води, сніжинки. Каламутна вода після відстоювання стає прозорою. Вона також очищується від нерозчинних речовин, проходячи крізь пісок. На берегах лиманів після випаровування води залишаються солі, які були розчинені в ній. Із води, що витікає зі свердловини, виділяються розчинені гази.

Іноді мимовільне розділення сумішей є небажаним. Це стосується деяких харчових продуктів (майонез, соуси, креми), косметичних засобів. Для того щоб запобігти «руйнуванню» таких сумішей, до них додають спеціальні речовини — стабілізатори, емульгатори. Ці добавки обов’язково мають бути безпечними для організму людини.

ВИСНОВКИ

Існують різні способи розділення сумішей на окремі речовини (компоненти). Їх обирають з огляду на тип суміші, агрегатні стани та фізичні властивості компонентів.

Неоднорідні суміші розділяють відстоюванням, фільтруванням, іноді — за допомогою магніту, а однорідні — випарюванням, перегонкою (дистиляцією).

48. Знайдіть відповідність, урахувавши можливість застосування кількох способів розділення певної суміші.

• 1) неоднорідна суміш двох рідин;
• 2) однорідна суміш двох рідин;
• 3) неоднорідна суміш рідини і твердої речовини;
• 4) однорідна суміш рідини і твердої речовини;

Спосіб розділення суміші

• а) відстоювання;
• б) фільтрування;
• в) перегонка.

49. Яку суміш — однорідну чи неоднорідну — легше розділити на компоненти? Відповідь аргументуйте.

50. Укажіть суміші, які можна розділити фільтруванням:

• а) суміш піску і глини;
• б) суміш спирту і мідних ошурків;
• в) суміш води і бензину;
• г) суміш води з кусочками пластмаси.

Назвіть речовини, що залишаться на фільтрі.

51. Яку суміш доводилося розділяти вам або вашим батькам у домашніх умовах? Який спосіб було використано для цього?

52. Як би ви розділили суміш:

• а) кухонної солі та крейди;
• б) подрібненого пінопласту і мармурової крихти?

Які відмінності у властивостях речовин дають змогу використати обраний вами спосіб?

53. За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про те, як у промисловості розділяють повітря на його головні компоненти — азот і кисень.

СПОСОБИ РОЗДІЛЕННЯ СУМІШЕЙ

Компоненти суміші — окремі речовини у складі су­міші.

Речовини у суміші перемішуються, проте не вза­ємодіють між собою і їх можна роз­ділити, оскільки вони зберігають свої властивості.

Розділити суміш — означає виділити окремо її ком­поненти, тобто чисті речовини (щоб розділити суміш, необхідно знати властивості речовин, які входять до її складу).

Найпоширеніші методи розділення сумішей на чисті речовини — від­стоювання, фільтрування, просіювання і випарювання, просіювання.

Вибір методу розділення залежить від властивостей компо­нентів суміші.

Для нерозчинних компонентів сумішей (компоненти видно неозброєним оком) підходять способи відстоювання, фільтрування, магніт, просіювання.

СПОСІБ ВІДСТОЮВАННЯ — компоненти суміші внаслідок відстоювання розшаровуються, тому їх легко розділяти.

Цим методом розділяють неоднорідні суміші, які через деякий час розшаровуються, завдяки чому їхні компоненти легко відділяються один від одного.

Дослід 1. Спосіб відстоювання для суміші води і крохмалю.

Обладнання: прозора (скляна) посудина, скляна паличка, ложка. Матеріали: крохмаль, вода .

Приготуємо суміш кррохмалю і води — на дно прозорої посудини помістимо одну ложку крохмалю, додамо півсклянки води і перемішаємо скляною паличкою. Утвориться суміш білого кольору, яка, постоявши кілька хвилин, розділиться на два шари. Шар крохмалю осяде на дно, а шар води перебуватиме над ним. Таке відбувається тому, що крохмаль у воді не розчиняється та важчий за воду. Обережно зливши воду, роз­ділимо цю суміш.

Дослід 2. Спосіб відстоювання для суміші олії і води.

Обладнання: посудина, штатив, ділильна лійка. Матеріали: вода, олія.

Прикріпимо ділильну лійку у штативі зі сумішшю олії і води.

Через деякий час суміш розділиться на два шари. Унизу буде вода, а зверху – шар олії. Таке відбувається тому, що олія у воді не розчи­няється й легша за воду. Коли вода стече у посудину під ділильною лійкою, ця суміш розділиться.

СПОСІБ ФІЛЬТРУВАННЯ — це спосіб розділення суміші шля­хом пропускання її через фільтри, що здатні затри­мувати частинки одного з її компонентів.

Фільтри — це нещільні пористі матері­али (папір, тканина, шар піску, вата), через які просочується рідина, але не прони­кають частинки твердого компонента суміші.

Цим методом відділяють рідину від нерозчинної речовини.

Дослід 1. Фільтрування суміші крейди і води.

Обладнання: штатив, дві посудини, лійка, скляна паличка. Матеріали: фільтр, крейда у порошку, вода.

Приготуємо суміш крейди і води — на дно прозорої посудини помістимо крейдяний порошок, заллємо водою і перемішаємо скляною паличкою. Утворену суміш пропустимо крізь фільтр. Під час фільтрування розчинна вода просочується крізь фільтр у посудину-приймач, а нерозчинна крейда осідає на його поверхні. Розчин, що збирається в посудині, називають фільтратом

Дослід 2. Фільтрування суміші залізних ошурок і води.

Обладнання: штатив, дві посудини, лійка. Матеріали: фільтр, залізні ошурки, вода.

Приготуємо суміш ошурок і води, тобто на дно прозорої посудини помістимо ошурки і заллємо водою. Утворену суміш пропустимо через фільтр. Вода проникає через фільтр у посудину-приймач, а залізні ошурки залишається на фільтрі.

СПОСІБ ЗА ДОПОМОГОЮ МАГНІТУ — це спосіб розділення суміші для твердих речовин суміші, які мають магнітні властивості.

Таким методом можна розділити суміші, які містять речовину, яка притягується магнітом.

Дослід 1. Розділення суміші залізних ошурок і сірки.

Обладнання: магніт. Матеріали: сірка у порошку, залізні ошурки.

Викласти суміш на дошку і піднести магніт до суміші. Залізні ошурки прилипнуть до магніту, а сірка залишиться на дошці.

СПОСІБ ПРОСІЮВАННЯ — спосіб розділення компонентів різного розміру твердої суміші.

Цей метод ґрунтується на відмінності в розмі­рах твердих компонентів суміші.

Про­сіювання застосовується в побуті під час відділення борошна від домішок, личинок комах і різних забруднень. У сільськогосподарському виробництві таким чином очищають зернівки пшениці від стороннього сміття.

Дослід 1. Розділення суміші борошна від домішок.

Обладнання: сито, посуд.

Наберемо борошно у сито і просіємо у посуд. У посуді будуть дрібні частинки борошна, а більші за розміром домішки залишаться на ситі.

Для розчинних компонентів суміші підходять методи випарювання, кристалізації, дистиляції.

СПОСІБ ВИПАРЮВАННЯ — це видалення при нагріванні рід­кого компонента суміші(для розчинних речовин суміші).

Таким методом відділяють розчинену в рідині тверду речовину.

Дослід 1. Випарювання суміші води і кухонної солі.

Обладнання: спиртівка, штатив, порцелянова посудина, скляна ложка. Матеріали: вода, сіль.

Приготуємо суміш солі і води — у порцелянову посудину з водою насиплемо ложку солі і перемішаємо ложкою.

Почнемо нагрівати порцелянову посудину зі сумішшю допоки вода не випарується. Від нагрівання вода випарується (змінює агрегатний стан з рідкого на газо­подібний), а на дні та стінках посудини залишаться плями білого кольору – це криста­лики кухонної солі.

ПРИКЛАД КРИСТАЛІЗАЦІЇ речовини однорідної суміші (для рідких і твердих розчинів)

Ґрунтується на залежності насиченості розчину від температури.

Процес кристалізації — осідання надлишку розчиненої речовини при зменшенні або збільшенні температури, що пов’язане з насиченістю розчинів при певній температурі.

Спосіб при зменшенні температури. Якщо насичений при вищій температурі розчин твердої речовини охолодити, то з нього буде виділятися надлишок розчиненої речовини у вигляді кристалів, а в розчині залишатиметься така її кількість, яка утворює насичений розчин при нижчій температури.

Спосіб при збільшенні температури. Процес кристалізації відбувається і при випарюванні розчину, коли внаслідок виділення певної кількості води ненасичений спочатку вихідний розчин стає насиченим, а потім і пересиченим, а надлишок розчиненої речовини виділяється у вигляді кристалів.

РОЗДІЛЕННЯ СУМІШЕЙ СУКУПНІСТЮ МЕТОДІВ

Дослід 1. Виділення азоту й кисню з повітря сукупністю методів.

Найчастіше використовують декілька способів розділення сумішей. Азот і кисень погано розчиняються у воді, не мають кольору і запаху. Але вони утворюють настільки однорідну суміш, що відсто­юванням чи фільтруванням їх не можна розділити. Тому спочатку повітря пере­водять у рідкий стан, охолоджуючи його до дуже низької температури (близько -200 °С), а потім піддають випарюванню.

Причому першим випарову­ється азот (близько -196 °С , його збирають у один балон), а після нього – кисень (близько -183 °С , його збирають у другий балон).

Дослід 2. Очистка кухонної солі від домішок сукупністю методів.

Кухонну сіль розчиняють у воді.

Суміш фільтрують, щоб домішки залишилися на фільтрі.

Потім випарюють, вода випарується, а кухонна сіль залишиться на дні посудини.

ПРИКЛАДИ РОЗДІЛЕННЯ СУМІШЕЙ:

• від­стоювання для води і крохмалю; води і крейди; води і піску; бензину і води; олії й води; води і тирси;

• фільтрування для піску і води; залізних ошурок і води; крейди і води; крохмалю і води; олії й води; тирси і води;

• випарювання для кухонної солі і води; цукру й води;

• магнітом для піску і залізних ошурок; алюмінієвих та залізних ошурок; залізних ошурок і тирси.