"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Физические явления в химии помогают разделять смеси, не превращая входящие в них вещества в новые. Для этого используют различия в размере частиц, растворимости и температурах кипения. Фильтрованием отделяют нерастворимое твёрдое вещество от жидкости, выпариванием получают растворённое вещество, кристаллизацией выделяют его кристаллы, а перегонкой одновременно разделяют смесь и собирают испарившуюся жидкость. Выбор способа зависит от физических свойств компонентов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Фильтрование — отделение нерастворимого твёрдого вещества от жидкости с помощью пористого фильтра. Жидкость проходит через его мелкие поры, а крупные частицы оседают на фильтре. Этот способ нужен, например, чтобы отделить песок от воды.
Выпаривание — удаление растворителя из раствора при его переходе в газообразное состояние. Растворённое вещество не испаряется вместе с растворителем и остаётся в сосуде. Так получают сухую соль из солёной воды, если саму воду сохранять не требуется.
Кристаллизация — выделение растворённого вещества из раствора в виде кристаллов при охлаждении или удалении части растворителя. Частицы вещества упорядочиваются и образуют твёрдые кристаллы. Приём применяют, когда нужно получить вещество в более чистом и удобном для хранения виде.
Перегонка, или дистилляция, — разделение жидкой смеси или очистка жидкости, основанные на различии температур кипения и последующей конденсации пара. Один компонент испаряется раньше, его пар охлаждают и снова превращают в жидкость. Поэтому можно отдельно собрать очищенный растворитель.
Физические явления позволяют разделять смеси без превращения входящих в них веществ в другие вещества. Причина в том, что при таких процессах меняются состояние, расположение или распределение частиц, но не их состав. Поэтому вода после разделения остаётся водой, а соль сохраняет свойства соли.
При фильтровании размер частиц сравнивают с размером пор фильтра. Нерастворимые частицы твёрдого вещества слишком велики и задерживаются, тогда как молекулы жидкости проходят через отверстия. Растворённые частицы также проходят, потому что они распределены в жидкости и обычно намного меньше пор.
При выпаривании растворитель превращается в пар благодаря нагреванию или испарению с поверхности. Его частицы покидают жидкость, а растворённое твёрдое вещество остаётся, поскольку при этих условиях не переходит в газ. Поэтому выпаривание удобно для получения остатка, но не подходит, если нужно вернуть растворитель.
Растворимость многих веществ зависит от температуры. В насыщенном растворе при охлаждении вода уже не может удерживать прежнее количество вещества, поэтому избыток частиц объединяется в кристаллы. Кристаллы могут появляться и при удалении части растворителя: концентрация растёт, и раствор становится перенасыщенным.
При перегонке компоненты используют различие температур кипения. Жидкость с более низкой температурой кипения испаряется раньше, затем её пар охлаждают и собирают как жидкость. Оставшаяся смесь обедняется этим компонентом, но при близких температурах кипения простое разделение становится менее эффективным.
В таблице сначала определите, какие компоненты нужно разделить или получить. Затем найдите их подходящее физическое свойство: растворимость, размер частиц, температуру кипения или зависимость растворимости от температуры.
| Способ | Что разделяют или получают | Физическое свойство или явление | Что происходит с веществами |
|---|---|---|---|
| Фильтрование | Нерастворимое твёрдое вещество и жидкость | Различие в размере частиц и нерастворимость | Твёрдые частицы задерживаются, жидкость проходит |
| Выпаривание | Растворённое твёрдое вещество | Испарение растворителя | Растворитель уходит в пар, вещество остаётся |
| Кристаллизация | Кристаллы растворённого вещества | Изменение растворимости при охлаждении или удалении растворителя | Растворённое вещество выделяется из раствора |
| Перегонка (дистилляция) | Очищенная жидкость и остаток смеси | Различие температур кипения, испарение и конденсация | Один компонент испаряется, его пар конденсируется и собирается |
Один и тот же раствор можно разделить разными способами, если цель различается. Например, выпаривание даёт соль, а перегонка позволяет получить и соль, и воду.
Условие: нужно разделить смесь песка и воды. Песок в воде не растворяется, а его частицы значительно крупнее частиц жидкости.
Ответ: использовать фильтрование; песок будет задержан фильтром, а воду соберут в сосуде.
Условие: из раствора поваренной соли нужно получить сухую соль, причём воду сохранять не требуется. Соль растворена, поэтому фильтр её не задержит.
Ответ: применить выпаривание; вода испарится, а соль останется в сосуде.
Условие: смесь воды и растворённого вещества нужно разделить так, чтобы сохранить оба компонента. Простое выпаривание не подходит, потому что вода уйдёт в окружающую среду.
Ответ: провести перегонку; воду получат в виде дистиллята, а растворённое вещество останется в колбе.
Считать фильтрование способом отделения растворённого вещества. Ошибка возникает из-за смешения понятий растворения и взвеси: растворённые частицы проходят через фильтр. Проверка простая: спросите себя, видны ли частицы и не растворяются ли они в жидкости.
Путать выпаривание и перегонку. Оба способа включают испарение, но при выпаривании растворитель обычно не собирают, а при перегонке его пар конденсируют. Проверьте цель: нужен только твёрдый остаток или требуется сохранить жидкость.
Считать, что кристаллизация создаёт новое вещество. Так думают из-за появления необычной формы кристаллов, хотя меняется только состояние и расположение частиц. Нужно проверить состав: выделяется то же вещество, которое было растворено.
Выбирать перегонку, не учитывая температуры кипения компонентов. Если температуры близки, оба компонента испаряются почти одновременно, и разделение получается неполным. Перед выбором способа сравните температуры кипения и оцените, достаточно ли велико их различие.
Для понимания темы нужно различать чистые вещества и смеси, а также растворимые и нерастворимые вещества. Эти знания помогают заранее предсказать, задержит ли фильтр твёрдые частицы и какой компонент можно выделить из раствора.
Способы разделения связаны с дальнейшим изучением растворов, очистки веществ и практической работы в лаборатории. Они встречаются и в быту: при очистке воды, получении соли и разделении твёрдых примесей.
Почему соль нельзя отделить от воды обычным фильтрованием?
Соль растворяется в воде и распадается на очень мелкие частицы, которые проходят через поры фильтра вместе с водой. Фильтр задерживает только нерастворимые частицы, например песок.
Чем выпаривание отличается от перегонки?
При выпаривании растворитель превращается в пар и обычно не собирается, а растворённое вещество остаётся в сосуде. При перегонке пар охлаждают, превращают обратно в жидкость и собирают.
Можно ли при перегонке получить чистую воду из раствора соли?
Да. Вода испаряется, затем её пар конденсируется в холодильнике и собирается отдельно, а соль остаётся в исходном сосуде.
Почему при охлаждении раствора могут появиться кристаллы?
Растворимость многих веществ при понижении температуры уменьшается. Если раствор был насыщенным, избыток растворённого вещества уже не может оставаться в воде и выделяется в виде кристаллов.
Изменяются ли вещества при фильтровании и кристаллизации?
Нет, при этих процессах новые вещества не образуются. Меняется только расположение или состояние частиц: смесь разделяется, а растворённое вещество выделяется в твёрдом виде.
§ 26. Физические явления в химии
