Материал урока содержит сведения о различных способах разделения смесей и очистки веществ. Вы научитесь использовать знания о различиях свойств компонентов смеси для выбора оптимального метода разделения данной смеси.
Тема: Первоначальные химические представления
Урок: Методы разделения смесей и очистки веществ
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).
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.
Рис. 2. Разделение смеси растительного масла и воды методом отстаивания
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).
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.
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.
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.
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).
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.
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.
Рис. 5. Получение дистиллированной воды
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.
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.
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.
1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й класс: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006.
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с.10-11)
3. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005.(§4)
4. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобр. учреждений / Г.Е. Рудзитис, ФюГю Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§2)
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ().
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» ().
Домашнее задание
Из учебника П.А. Оржековского и др. «Химия, 8 класс» с. 33 №№ 2,4,6,Т.
1. Заполните пропуски в тексте, используя слова "компоненты", "различиях", "двух", "физических".
Смесь может быть приготовлена путем смешивания как минимум двух веществ. Смеси могут быть разделены на отдельные компоненты с помощью физических методов, основанных на различиях физических свойствах компонентов.
2. Допишите предложения.
а) Метод отстаивания основан на том, что частички твердого вещества достаточно крупныеЮ они быстро оседают на дно, а жидкость можно осторожно слить с осадка.
б) Метод центрифугирования основан на действиии центробежной силы - более тяжелые частички оседают, а легкие оказываются сверху.
в) Метод фильтрования основан на пропускании раствора твердого вещества через фильтр, где твердые частицы задерживаются на фильтре.
3. Вставьте пропущенное слово:
а) мука и сахарный песок - сито; сера и железные опилки - магнит .
б) вода и подсолнечное масло - делительная воронка; вода и речной песок - фильтр .
в) воздух и пыль - респиратор; воздух и ядовитый газ - абсорбент .
4. Составьте перечень необходимого оборудования для фильтрования.
а) бумажный фильтр
б) стакан с раствором
в) стеклянная воронка
г) чистый стакан
д) стеклянная палочка
е) штатив с лапкой
5. Лабораторный опыт. Изготовление обычного и складчатого фильтров из фильтровальной бумаги или бумажной салфетки.
Как вы считаете, через какой фильтр раствор будет проходить быстрее - обычный или складчатый? Почему?
Через складчатый - площадь соприкосновения фильтрования больше, чем у обычного фильтра.
6. Предложите способы разделения смесей, указанных в таблице 16.
Способы разделения некоторых смесей
7. Домашний опыт. Адсорбация активированным углем красящих веществ пепси-колы.
Реактивы и оборудование: газированный напиток, активированный уголь; кастрюля, воронка, фильтровальная бумага, электрическая (газовая) плита.
Ход работы. Налейте в кастрюлю полстакана (100 мл) газированного напитка. Добавьте туда же 5 таблеток активированного угля. Нагревайте кастрюлю в течение 10 мин на плите. Отфильтруйте уголь. Объясните результаты опыта.
Раствор обесцветился з счет поглощения красящих веществ с помощью активированного угля.
8. Домашний опыт. Адсорбация кукурузными палочками паров пахучих веществ.
Реактивы и оборудование : кукурузные палочки, духи или одеколон; 2 одинаковые стеклянные банки с крышками.
Ход работы. В две стеклянные банки капните по капле духов. В одну из банок положите 4-5 кукурузных палочек. Обе банки закройте крышками. Банку, в которой находятся кукурузные палочки, немного потрясите. Для чего?
Для увеличения скорости адсорбации.
Откройте обе банки. Объясните результаты опыта.
В банке, где были кукурузные палочки, нет запаха, так как она адсорбировали запах духов.
Изучая химию, я узнала, что чистых веществ в природе, технике, быту очень мало. Гораздо чаще встречаются смеси – сочетания двух или более компонентов, химически друг с другом не связанных. Смеси различаются величиной входящих в их состав частиц веществ, а также агрегатным состоянием компонентов. Для химических исследований необходимы чистые вещества. А как же их получить или выделить из смеси? На этот вопрос я и пыталась ответить в своей работе.
В повседневной жизни нас окружают смеси веществ. Воздух, которым мы дышим, пища, которую потребляем, вода – которую пьём, и даже мы сами – всё это с точки зрения химии смеси, содержащие от 2-3 до многих тысяч веществ.
Смеси – это системы, состоящие из нескольких компонентов, химически друг с другом не связанных. Смеси различают величиной входящих в их состав частиц веществ. Иногда эти частицы настолько велики, что их можно видеть невооружённым глазом. К подобным смесям, например, можно отнести стиральный порошок, кулинарные смеси для выпечки, строительные смеси. Порой частицы компонентов в смесях более мелкие, неразличимые глазом. Например, в состав муки входят крупицы крахмала и белка, которые невозможно различить невооружённым глазом. Молоко – это тоже водная смесь, в которой содержатся маленькие капельки жира, белок, лактоза и другие вещества. Увидеть капельки жира в молоке можно, если рассмотреть каплю молока под микроскопом. Агрегатное состояние веществ в смесях может быть различным. Зубная паста, например, - это смесь твёрдых и жидких составляющих. Есть смеси, при образовании которых вещества настолько «проникают друг в друга», что разбиваются на мельчайшие частицы, не различимые даже под микроскопом. Как бы мы не всматривались в воздух, различить составляющие его газы нам не удастся.
Таким образом, смеси классифицируются:
Смеси, в которых частички веществ, составляющие смесь, видны невооружённым глазом или под микроскопом, называются неоднородными или гетерогенными.
Смеси, в которых даже с помощью микроскопа нельзя увидеть частицы веществ, составляющих смесь, называются однородными или гомогенными.
Однородные смеси по агрегатному состоянию делятся: на газообразные, жидкие и твёрдые. Смесь любых газов гомогенна. Например, чистый воздух – это гомогенная смесь азота, кислорода, углекислого и благородных газов. А вот пыльный воздух – это уже гетерогенная смесь тех же газов, только содержащая ещё и частицы пыли. К жидким природным смесям относится нефть. В её состав входят сотни различных компонентов. Безусловно, самой распространённой жидкой смесью, а точнее раствором, является вода морей и океанов. В 1 литре морской воды содержится в среднем 35 грамм различных солей. С жидкими смесями в повседневной жизни мы встречаемся постоянно. Шампуни и напитки, микстуры и препараты бытовой химии – всё это смеси веществ. Даже воду из-под крана нельзя считать чистым веществом: в ней содержатся растворённые соли, мельчайшие нерастворимые примеси, а также микроорганизмы, которые обеззараживают хлорированием. Широко распространены и твёрдые смеси. Горные породы представляют собой смесь нескольких веществ. Почва, песок, глина – это твёрдые смеси. К твёрдым смесям можно отнести стекло, керамику, сплавы.
Химики составляют смеси простым перемешиванием различных веществ – составных частей, свойства которых могут быть различны. Важно, что в смесях сохраняются свойства их составных частей. Так, например, серая краска получается при смешивании чёрной и белой. Хотя мы и видим серый цвет, это не означает, что все частицы такой серой краски имеют серый цвет. Под микроскопом обязательно обнаружатся частицы чёрного и белого цветов, из которых состояли чёрная и белая краски.
Разделение смесей на составные части (индивидуальные вещества) – задача более сложная, чем приготовление смесей, но не менее важная. Важнейшие способы разделения смесей могут быть отражены схемой:
Применяя различные способы разделения смесей (отстаивание, фильтрование, перегонку, вымораживание и другие), получают масло из молока, золото – из речного песка, спирт – из браги, очищают воду от нерастворимых и растворимых примесей.
Для химических лабораторий и промышленности часто требуются чистые вещества. Чистыми называют вещества, которые обладают постоянными физическими свойствами, например дистиллированная вода. (Практически абсолютно чистые вещества не получены.)
Существуют различные способы разделения смесей. Ознакомимся более подробно с этими способами.
Выделение из неоднородной смеси.
1. Отстаивание.
а) Выделение веществ неоднородной смеси, образованной нерастворимыми в воде веществами с различной плотностью. Например, железные опилки от древесных можно отделить, взбалтывая эту смесь с водой, а затем отстаивая. Железные опилки опускаются на дно сосуда, а древесные всплывают, и их вместе с водой можно слить.
б) Некоторые вещества осаждаются в воде с различной скоростью. Если взболтать с водой глину с примесью песка, то песок оседает значительно быстрее. Этот способ используется в керамическом производстве для отделения песка от глины (производство красных кирпичей, глиняной посуды и др.) в) Разделение смеси малорастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки или колонки. Иногда жидкости с различной плотностью отделяют центрифугированием, например сливки от молока.
2. Фильтрование.
Выделение веществ из неоднородной смеси, образованной растворимыми в воде веществами.
Для выделения поваренной соли смесь её с песком взбалтывают в воде. Поваренная соль растворяется, а песок оседает.
Чтобы ускорить отделение нерастворимых частиц из раствора, смесь фильтруют. Песок остается на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр.
3. Действие магнитом.
Выделение из неоднородной смеси веществ, способных к намагничиванию. Если имеется, например, смесь порошков железы и серы, то их можно разделить при помощи магнита.
Выделение веществ из однородной смеси.
4. Выпаривание. Кристаллизация.
Чтобы растворенное вещество, например, поваренную соль, выделить из раствора, последний выпаривают. Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остается поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворенное вещество выделяется в виде кристаллов. Этот способ очистки веществ называют кристаллизацией.
5. Дистилляция.
Это способ разделения смесей основан на различии в температурах кипения растворимых друг в друге компонентов.
Дистилляция (перегонка) – прием разделения однородных смесей путем испарения летучих жидкостей с последующей конденсацией их паров. Например, получение дистиллированной воды.
Для этого воду с растворенными в ней веществами кипятят в одном сосуде. Образующиеся водяные пары конденсируются в другом сосуде в виде дистиллированной воды.
6. Хроматография.
Этот способ основан на том, что отдельные вещества с различной скоростью поглощаются (связываются) поверхностью другого вещества.
С сущностью этого способа можно познакомиться на следующем опыте.
Если полоску из фильтровальной бумаги подвесить над сосудом с красными чернилами и погрузить в них лишь конец полоски, то можно заметить, что раствор будет впитываться бумагой и подниматься по ней. Однако граница подъема краски будет отставать от границы подъема воды. Таким образом, происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества, придающего раствору красный цвет.
Экспериментальная часть.
Правила техники безопасности в домашней лаборатории.
Представить себе химию без химических опытов невозможно. Поэтому изучить эту науку, понять её законы и, конечно, полюбить её можно только через эксперимент. Сложилось мнение, что химический эксперимент – это сложное оборудование и недоступные реактивы, ядовитые соединения и страшные взрывы и для занятий химией необходимы особые условия. Тем не менее, более 300 химических опытов с самыми различными веществами можно выполнить в домашних условиях. В связи с тем, что в домашней лаборатории нет вытяжного шкафа и других специальных устройств, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:
2. Нельзя накапливать и хранить дома большие количества реактивов.
3. Химические реактивы и вещества должны иметь этикетки с названиями, концентрацией и сроком изготовления.
4. Химические вещества нельзя пробовать на вкус.
5. Для определения запаха нельзя сосуд с веществом близко подносить к лицу. Нужно ладонью руки сделать несколько плавных взмахов от отверстия сосуда к носу.
6. Если пролилась кислота или щелочь, то вещество предварительно нейтрализуют или засыпают песком и удаляют тряпкой или собирают в совок.
7. Перед проведением эксперимента, каким бы простым он ни казался, нужно внимательно прочесть описание опыта и понять свойства применяемых веществ. Для этого есть учебники, справочники и другая литература.
Опыт №1. Разделение гетерогенных смесей.
А) Приготовить гетерогенную смесь песка и железного порошка.
Цель эксперимента: научиться разделять гетерогенные смеси разными способами.
Оборудование: речной песок, железный порошок, магнит, два химических стакана.
В химический стакан внести по одной столовой ложке железного порошка и речного песка, осторожно перемешать смесь до равномерно окрашенного продукта. Отметить его цвет и испытать его магнитные свойства, поднося магнит к внешней стороне стакана. Определить какие вещества придают смеси цвет и магнитные свойства. Разделим приготовленную гетерогенную смесь с помощью магнита. Для этого поднесём к внешней стенке стакана магнит, и слегка постукивая магнитом по внешней стенке, соберём железный порошок на внутренней стенке стакана. Удерживая железо магнитом на внутренней стенке стакана, пересыпаем песок в другой стакан. Данные опыта заносим в таблицу.
Б) Приготовить смесь поваренной соли, земли и стружек, образующихся после заточки карандаша.
Оборудование: поваренная соль, земля, стружки после заточки карандаша, стакан, вода, фильтр, ложка, сковорода.
Методика проведения эксперимента:
Приготовьте смесь, перемешав по одной чайной ложке поваренной соли, земли и карандашных стружек. Растворите полученную смесь в стакане воды, всплывшие стружки удалите шумовкой и положите для сушки на лист бумаги. Изготовьте фильтр из бинта или марли, сложив 3-4 слоя, и не туго натяните его на другой стакан. Профильтруйте смесь. Фильтр с оставшейся землёй высушите, затем счистите её с фильтра. Отфильтрованную жидкость (фильтрат) перелейте из стакана в эмалированную миску или сковороду и выпарьте. Выделившиеся кристаллики соли соберите. Сравните количества веществ до и после проделанных опытов.
Опыт №2. Разделение гомогенных смесей методом бумажной хроматографии.
А) Разделить гомогенную смесь красного и зелёного красителя.
Оборудование: полоска фильтровальной бумаги, химический стакан, пробка на стакан, фломастеры красный и зелёный, спирт (70% водный раствор).
Методика проведения эксперимента:
Взять полоску фильтровальной бумаги, длина которой на 2-3 см больше высоты химического стакана. На середине этой полоски отметить простым карандашом точку, отступив от края 1. 5 см. В отмеченную точку нанести фломастерами пятна красителей диаметром не более 5 мм. Сначала сделать точку размером 1-2 мм красным фломастером, а затем поверх красного пятнышка нанести зелёное так, чтобы зелёное пятнышко выступало за границу красного примерно на 1 мм. Дать пятну смеси просохнуть (1-2 минуты) и затем осторожно, чтобы не повредить бумагу, обвести его простым карандашом по контуру.
В химический стакан налить спирт слоем 0,5-1 см. Поместить вертикально бумажную полоску с пятном смеси красителей в стакан и отогнуть выступающую часть полоски к наружной поверхности стакана. Пятно красителей должно быть над жидкостью на расстоянии 0,5 см. Накрыть стакан перевёрнутой пробкой. Наблюдать смачивание полоски бумаги и движение окрашенного пятна вверх с разделением его на два пятна. Для полного разделения смеси красителей потребуется около 20 минут. После того, как бумага полностью пропитается спиртом, вынуть её и дать просохнуть 5-10 минут. Отметить цвета разделения пятен. Результаты наблюдений занести в таблицу.
Б) Разделите методом хроматографии на бумаге следующие смеси: спиртовой раствор «зелёнки»; водный раствор чёрной туши для чертёжных работ.
Цель эксперимента: освоить метод бумажной хроматографии, научиться определять разницу между чистыми веществами и смесями.
Оборудование: химический стакан, полоска фильтровальной или промокательной бумаги, спиртовой раствор «зелёнки», водный раствор туши для чертёжных работ.
Методика проведения эксперимента:
Полоску из фильтровальной бумаги необходимо подвесить над сосудом с раствором «зелёнки» и чёрной туши так, чтобы бумага только касалась раствора.
Граница подъёма «зелёнки» и красящего вещества будут отставать от границы подъёма спирта и воды соответственно. Таким образом, происходит разделение двух веществ в составе однородных смесей: а) спирта и бриллиантового зелёного, б) воды и красящего вещества.
Опыт №3. Диффузия.
Цель эксперимента: изучить на практике процесс диффузии.
Оборудование: желатин пищевой, марганцовка, медный купорос, вода, кастрюля, ложечка из нержавеющей стали для перемешивания, электрическая или газовая плитка, пинцет, два прозрачных пузырька.
Методика проведения эксперимента:
Чайную ложечку желатина опустите в стакан с холодной водой и оставьте на час-другой, чтобы порошок успел набухнуть. Перелейте смесь в маленькую кастрюльку. Нагревайте смесь на слабом огне; следите, чтобы она ни в коем случае не закипела! Размешивайте содержимое кастрюльки до тех пор, пока желатин полностью не растворится. Горячий раствор перелейте в два пузырька. Когда он остынет, в середину одного из пузырьков быстрым и осторожным движением введите пинцет, в котором зажат кристаллик марганцовки. Слегка разожмите пинцет и быстро выньте его. В другой пузырёк внесите кристаллик медного купороса. Желатин замедляет процесс диффузии, и несколько часов подряд вы сможете наблюдать очень интересную картину: вокруг кристалликов будет расти окрашенный шар.
Опыт №4. Разделение гомогенных смесей методом кристаллизации.
Вырастить кристалл или кристаллы из насыщенного раствора поваренной соли, медного купороса или алюмокалиевых квасцов.
Цель эксперимента: научиться приготавливать насыщенный раствор поваренной соли или других веществ, выращивать кристаллы различных размеров, закрепить умения и навыки при работе с веществами и химическим оборудованием.
Оборудование: стакан и литровая банка для приготовления раствора, деревянная ложка или палочка для перемешивания, соль для эксперимента – поваренная соль, медный купорос или квасцы, горячая вода, затравка – кристаллик соли, подвешенный на нитке, воронка и фильтровальная бумага.
Методика проведения эксперимента:
Приготовьте насыщенный раствор соли. Для этого сначала налейте в банку горячей воды до половины её объёма, затем порциями добавляйте соответствующую соль, постоянно перемешивая. Добавляйте соли до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Отфильтруйте полученный раствор в стакан через воронку с фильтровальной бумагой или ватой и оставьте раствор остывать на 2-3 часа. Внесите в остывший раствор затравку – кристаллик соли, подвешенный на нити, осторожно накройте раствор крышкой и оставьте на продолжительное время (2-3 дня и более).
Результаты работы и выводы:
Изучите свой кристалл и ответьте на вопросы:
Сколько дней вы выращивали кристалл?
Какова его форма?
Какого цвета кристалл?
Прозрачный он или нет?
Каковы размеры кристалла: высота, ширина, толщина?
Какова масса кристалла?
Зарисуйте или сфотографируйте свой кристалл.
Опыт №5. Разделение гомогенных смесей методом дистилляции.
Получить в домашних условиях 50 мл дистиллированной воды.
Цель эксперимента: научиться разделять однородные смеси методом дистилляции.
Оборудование: эмалированный чайник, две стеклянные банки.
Методика проведения эксперимента:
Налейте в эмалированный чайник на 1/3 объёма воды и поставьте на газовую плиту так, чтобы носик чайника выступал за край плиты. Когда вода закипит, нацепите на носик чайника стеклянную банку-холодильник, под которую приспособьте вторую банку для сбора конденсата. Для того чтобы банка-холодильник не перегревалась, на неё можно класть смоченную холодной водой салфетку.
Результаты работы и выводы:
Ответьте на поставленные вопросы:
Что представляет собой водопроводная вода?
Какими способами разделяют однородные смеси?
Что представляет собой дистиллированная вода? Где и в каких целях она используется?
Зарисуйте проделанный вами опыт.
Опыт №6. Извлечение крахмала из картофеля.
Получить в домашних условиях небольшое количество крахмала.
Оборудование: 2-3 картофелины, тёрка, марля, небольшая кастрюлька, вода.
Методика проведения эксперимента:
Очищенный картофель натрите на мелкой тёрке и полученную массу размешайте в воде. Затем профильтруйте её через марлю и отожмите. Остаток массы в марле вновь перемешайте с водой. Дайте жидкости отстояться. Крахмал осядет на дно посуды. Слейте жидкость, а осевший крахмал вновь размешайте. Повторите операцию несколько раз, пока крахмал не станет совершенно чистым и белым. Профильтруйте и просушите получившийся крахмал.
Как вы думаете, из какого картофеля больше получится крахмала: из молодого (который недавно выкопали) или старого (который всю зиму находился в овощехранилище)?
Опыт №7. Извлечение сахара из сахарной свёклы.
Получить в домашних условиях небольшое количество сахара.
Цель эксперимента: научиться извлекать вещества из растительного сырья.
Оборудование: большая сахарная свёкла, активированный уголь, речной песок, кастрюлька, две банки, вата, ложка, воронка, марля.
Методика проведения эксперимента:
Разрежьте на небольшие кусочки свёклу, положите их в кастрюльку, налейте в неё стакан воды и кипятите 15-20 минут. Ломтики сваренной свёклы тщательно разотрите ложкой или пестиком. Эту массу тёмного цвета профильтруйте через воронку, в которой находится вата. Затем полученный раствор отфильтруйте через воронку, подготовленную специальным образом. В неё положите кусочек марли, на марлю – тонкий слой ваты, потом измельчённый активированный уголь (4-5 таблеток) и тонкий слой (1 см) чистого речного песка (речной песок заранее промыть и высушить). Полученный раствор (фильтрат) поместите в кастрюльку. Нужно выпарить его часть до появления прозрачных кристаллов. Это и есть сахар. Попробуйте его на вкус!
Как вы думаете, зачем нужна фильтрация жидкости через слой активированного угля?
Опыт №8. Извлечение творога из молока.
Получите несколько грамм творога в домашних условиях.
Цель эксперимента: научиться изготавливать творог в домашних условиях.
Оборудование: молоко, уксус, кастрюлька, марля, газовая плита.
Методика проведения эксперимента:
В молоке есть белок. Если молоко закипает, «убегает» через край, то при этом сразу же распространяется характерный для жжёного белка запах. Появление характерного запаха жжёного молока свидетельствует о том, что произошло явление денатурации (сворачивание белка и переход его в нерастворимую форму). Денатурация белка происходит не только из-за нагревания.
Проведём следующий опыт. Подогреем полстакана молока так, чтобы оно стало чуть тёплым, и добавим уксус. Молоко тот час же свернётся, образуя большие хлопья. (Если молоко оставить в тёплом месте, то белок тоже сворачивается, но уже по другой причине – это «работают» молочно-кислые бактерии). Содержимое кастрюльки отфильтровывают через марлю, придерживая её за края. Если потом соединить края марли, приподнять над стаканом и отжать, то на ней останется густая масса – творог.
Опыт №9. Получение сливочного масла.
Получить в домашних условиях небольшое количество сливочного масла.
Цель эксперимента: научиться в домашних условиях извлекать сливочное масло из молока.
Оборудование: молоко, стеклянная банка, небольшой прозрачный пузырёк с пробкой или плотно закрывающейся крышкой.
Методика проведения эксперимента:
Налейте в стеклянную банку свежего молока, поставьте её в холодильник. Через несколько часов, а лучше на следующий день посмотрите внимательно: что произошло с молоком? Объясните наблюдаемое.
Маленькой ложечкой осторожно соберите сливки (верхний слой молока) и перенесите их в пузырёк. Если необходимо сделать масло из сливок, то придётся долго и терпеливо встряхивать их в течение хотя бы получаса в пузырьке, закрытом крышкой, пока не образуется масляный комочек.
Опыт №10. Экстракция.
Провести на практике процесс экстракции.
Цель эксперимента: осуществить практически процесс экстракции.
А) Оборудование: семечки подсолнуха, бензин, пробирка, блюдце, ступка с пестиком.
Методика проведения эксперимента:
Измельчите в ступке несколько штук семечек подсолнуха. Измельчённые семечки переложите в пробирку, и залейте небольшим количеством бензина, хорошо встряхните несколько раз. Дадим пробирке постоять часа два (подальше от огня), не забывая время от времени её встряхивать. Слейте бензин на блюдце и выставьте на балкон. Когда бензин испарится, на дне останется немного масла, которое растворилось в бензине.
Б) Оборудование: йодная настойка, вода, бензин, пробирка.
Методика проведения эксперимента:
Бензином можно извлечь также йод из аптечной йодной настойки. Для этого налейте в пробирку воды на треть, добавьте примерно 1мл йодной настойки и к образовавшемуся буроватому раствору прилейте столько же бензина. Встряхните пробирку и оставьте её в покое. Когда смесь расслоится, то верхний бензиновый слой станет тёмно-бурым, а нижний, водный, - почти бесцветным: ведь йод в воде растворяется плохо, а в бензине – хорошо.
Что такое – экстракция? Процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью экстрагирования – избирательного растворения в определённых жидкостях (экстрагентах) того или иного компонента смеси. Чаще всего экстрагируют вещества из водных растворов органическими растворителями, обычно не смешивающимися с водой. Главные требования к экстрагентам: селективность (избирательность действия), нетоксичность, возможно малая летучесть, химическая инертность и низкая стоимость. Экстракцией пользуются в химической промышленности, нефтепереработке, производстве лекарств и особенно широко в цветной металлургии
Заключение.
Выводы по работе.
При выполнении этой работы я научилась готовить гетерогенные и гомогенные смеси, проводила исследование свойств веществ и выяснила, что при простом составлении смеси из двух компонентов эти вещества не передают своих свойств друг другу, а сохраняют их при себе. На свойствах исходных компонентов (таких как: летучесть, агрегатное состояние, способность к намагничиванию, растворимость в воде, размер частиц и другие) основаны и способы их разделения. При выполнении учебного исследования, я освоила следующие методики разделения гетерогенных смесей: действие магнитом, отстаивание, фильтрование и гомогенных смесей: выпаривания, кристаллизации, дистилляции, хроматографии, экстракции. Мне удалось выделить из пищевых продуктов чистые вещества: сахар из сахарной свёклы, крахмал из картофеля, творог и сливочное масло из молока. Я поняла, что химия – это очень интересная и познавательная наука, и что знания, полученные на уроках химии и во внеурочное время очень пригодятся мне в жизни.
Результаты разделения смеси железа и песка.
опыт №1 №1 №1 №2 №2
вещество железо песок смесь часть 1 часть 2
цвет серый жёлтый серо-жёлтая серый жёлтый притяжение к магниту есть нет есть есть нет вывод свойства железа и свойства железа и смеси присущи выделенное вещество - выделенное вещество -
песка различны песка различны свойства и железа, и железо песок песка
Результаты разделения красителей на бумаге.
опыт №1 №2 вещество смесь красителей до разделения смесь красителей после разделения цвет чёрный краситель №1 – красный краситель №2 - зелёный вывод данная смесь является гомогенной. смесь разделена на два исходных вещества; это красный и зелёный красители.
В случае если дисперсные частицы выделяются медленно из среды или необходимо предварительно осветлить неоднородную систему, используются такие методы как флокуляция, флотация, классификация, коагуляция и т.д.
Коагуляция - процесс слипания частиц в коллоидных системах (эмульсиях или суспензиях) с образованием агрегатов. Слипание происходит вследствие столкновения частиц при броуновском движении. Коагуляция относится к самопроизвольному процессу, который стремиться перейти в состояние, имеющее более низкую свободную энергию. Порог коагуляции - это минимальная концентрация введенного вещества, которое вызывает коагуляцию. Искусственно коагуляция может быть ускорена при добавлении в коллоидную систему специальных веществ - коагуляторов, а также приложением к системе электрического поля (электрокоагуляция), механическим воздействием (вибрация, перемешивание) и т.д.
При коагуляции достаточно часто добавляют в разделяемую неоднородную смесь химические вещества-коагулянты, которые разрушают сольватированные оболочки, уменьшая при этом диффузионную часть двойного электрического слоя, расположенного у поверхности частиц. Благодаря этому облегчается агломерация частиц и образование агрегатов. Таким образом, за счет образования более крупных фракций дисперсной фазы, происходит ускорение осаждения частиц. В качестве коагулянтов применяют соли железа, алюминия или соли других поливалентных металлов.
Пептизация - это процесс обратный коагуляции, представляющий собой распад агрегатов на первичные частицы. Пептизация осуществляется при помощи добавления веществ-пептизаторов в дисперсионную среду. Данный процесс способствует дезагрегированию веществ на первичные частицы. Веществами-пептизаторами могут быть поверхностно-активные вещеста (ПАВ) или электролиты, например, гуминовые кислоты или хлорное железо. Процесс пептизации используется для получения жидких дисперсных систем из паст или порошков.
В свою очередь флокуляция является разновидностью коагуляции. При данном процессе мелкие частицы, которые находятся во взвешенном состоянии в газовых или жидких средах, образуют хлопьевидные агрегаты, которые называются флокулами. В качестве флокулянтов применяются растворимые полимеры, например, полиэлектролиты. Вещества, образующие хлопья при флокуляции, могут быть легко удалены при помощи фильтрования или отстаивания. Флокуляция используется для подготовки воды и выделения ценных веществ из сточных вод, а также при обогащении полезных ископаемых. В случае водоочистки флокулянты используются в небольшой концентрации (от 0,1 до 5 мг/л).
Для того чтобы разрушить агрегаты в жидких системах, используются добавки, наводящие заряды на частицы, которые препятствуют их сближениям. Данного эффекта можно достигнуть и при изменении рН среды. Данный метод называется дефлокуляцией.
Флотация - процесс отделения твердых гидрофобных частиц от жидкой сплошой фазы путем их избирательного закрепления на границе раздела раздела жидкой и газообразной фаз (поверхность соприкосновения жидкости и газа или поверхность пузырьков в жидкой фазе) Образующаяся система из твердых частиц и газовых вклюцений удаляется с поверхности жидкой фазы. Данный процесс применяется не только для того, чтобы удалять частицы дисперсной фазы, но также и для раздения разных частиц вследствие различия их смачиваемости. При данном процессе гидрофобные частицы закрепляются на границе раздела фаз и отделяются от гидрофильных частиц, оседающих на дно. Наилучшие результаты флотации возникают в том случае, когда размер частиц составляет от 0,1 до 0,04 мм.
Флотация бывает нескольких видов: пенная, масляная, пленочная и т.д. Наиболее распространенной является пенная флотация. Данный процесс позволяет выносить частицы, обработанные реагентами, на поверхность воды при помощи пузырьков воздуха. Это позволяет образовывать пенный слой, устойчивость которого регулируется при помощи пенообразователя.
Классификация используется в аппаратах переменного сечения. С ее помщью возможно отделение определенного количества мелких частиц от основного продукта, состоящего из крупных частиц. Классификация выполняется при помощи центрифуг и гидроциклонов благодаря воздействию центробежной силы.
Разделение суспензий при помощи магнитной обработки системы является очень перспективным методом. Вода, которая обработана в магнитном поле, длительное время сохраняет измененные свойства, например, пониженную смачивающую способность. Данный процесс позволяет интенсифицировать разделение суспензий.
Чистые вещества и смеси. Способы разделения смесей .Для того чтобы установить свойства вещества, нужно иметь его в чистом виде, но в чистом виде вещества в природе не встречаются. Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым. С такими веществами работают в научной лаборатории, школьном химическом кабинете. Заметим, что абсолютно чистых веществ не существует.
Смесями являются почти все природные вещества, продукты питания (кроме соли, сахара, некоторых других), строительные материалы, товары бытовой химии, многие лекарственные и косметические средства.
Природные вещества представляют смеси, состоящие иногда из очень большого числа различных веществ. Так, например, природная вода всегда содержит растворенные в ней соли и газы. Иногда очень малое содержание примеси может привести к очень сильному изменению некоторых свойств вещества. Например, содержание в цинке лишь сотых долей железа или меди ускоряет его взаимодействие с соляной кислотой в сотни раз. Когда одно из веществ находится в смеси в преобладающем количестве, вся смесь обычно носит его название.
Компонент – это каждое вещество, содержащееся в смеси.
Однородные смеси.
Добавим небольшую порцию сахара в стакан с водой и будем перемешивать, пока весь сахар не растворится. Жидкость будет иметь сладкий вкус. Таким образом, сахар не исчез, а остался в смеси. Но его кристалликов мы не увидим, даже рассматривая каплю жидкости в мощный микроскоп.
Рис. 3. Однородная смесь (водный раствор сахара)
Приготовленная смесь сахара и воды является однородной (рис. 3); в ней равномерно перемешаны мельчайшие частицы этих веществ.
Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить вооруженным глазом называют однородными.
Вода в смеси с песком, мелом или глиной замерзает при температуре О 0 C и закипает при 100 0 С.
Некоторые виды неоднородных смесей имеют специальные названия: пена (например, пенопласт, мыльная пена), суспензия (смесь воды с небольшим количеством муки), эмульсия (молоко, хорошо взболтанные растительное масло с водой), аэрозоль (дым, туман).
Рис. 5. Неоднородные смеси:
а - смесь воды и серы;
б - смесь растительного масла и воды;
в - смесь воздуха и воды
Существуют разные способы разделения смесей. На выбор способа разделения смеси влияют свойства веществ, образующих данную смесь.
Рассмотрим подробнее каждый метод:
Отстаивание - распространённый способ очистки или жидкостей от нерастворимых в воде механических примесей, или жидких веществ, нерастворимых друг в друге, имеющих разную плотность.
Отстаивание используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии. Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов.
Фильтрование – отделение жидкости от твёрдых нерастворимых в ней примесей; молекулы жидкости проходят через поры фильтра, а крупные частицы примесей задерживаются.
Представьте, что перед вами смесь речного песка и воды. Определите тип смеси. (неоднородная ). Сравните физические свойства речного песка и воды. (Это вещества, нерастворимые друг в друге, имеющие разную плотность). Предложите способ разделения данной смеси (фильтрования ).
Действие магнитом – это способ разделения неоднородных смесей, когда одно из веществ смеси способно притягиваться магнитом
Выпаривание – это способ разделения однородных смесей , при этом происходит выделение твердого растворимого вещества из раствора, при нагревании вода испаряется, а кристаллы твёрдого вещества остаются.
Дистилляция (латинского означает «стекание каплями») – это способ разделения однородных смесей, при этом происходит разделение жидких смесей на отличающиеся по составу фракции. Осуществляется путем частичного испарения жидкости с последующей конденсацией пара . Отогнанная фракция (дистиллят) обогащена относительно более летучими (низкокипящими) веществами, а неотогнанная жидкость (кубовый остаток) обогащена относительно менее летучими (высококипящими) веществами.
В лаборатории перегонку осуществляют на специальной установке (рис. 6). При нагревании смеси жидкостей сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Его пар выходит из сосуда, охлаждается, конденсируется1, и образовавшаяся жидкость стекает в приемник. Когда этого вещества уже не будет в смеси, температура начнет повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент. Нелетучие жидкости остаются в сосуде.
Рис. 6. Лабораторная установка для перегонки: а - обычная; б - упрощенная
1 - смесь жидкостей с разными температурами кипения;
2 - термометр;
3 - водяной холодильник;
4 - приемник
Рассмотрим, как используют некоторые методы разделения смесей.
Процесс фильтрования лежит в основе работы респиратора - устройства, которое защищает легкие человека, работающего в сильно запыленном помещении. В респираторе имеются фильтры, препятствующие попаданию пыли в легкие (рис. 7). Простейший респиратор - повязка из нескольких слоев марли. Фильтр, извлекающий пыль из воздуха, есть и в пылесосе.
Рис. 7. Рабочий в распираторе
Сделайте вывод, какими методами можно разделить смесь растворимого и нерастворимого в воде веществ.
