"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
В природе вещества обычно встречаются в составе смесей: например, воздух содержит разные газы, а морская вода — воду и растворённые соли. Чтобы получить из такого сырья нужное вещество, компоненты разделяют, используя различия в их свойствах: растворимости, плотности, размере частиц и температуре кипения. Так из солёной воды получают соль или чистую воду, из руды — сырьё для производства металла. Способ обработки выбирают по составу смеси и цели.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Природная смесь — смесь веществ, встречающаяся в природе. Её компоненты могут быть твёрдыми, жидкими или газообразными: например, в горной породе есть твёрдые минералы, а в воздухе — газы. Понятие помогает не принимать природное сырьё за одно вещество и заранее учитывать, что его части могут вести себя по-разному.
Чистое вещество — вещество постоянного состава с характерными свойствами. Его получают из смеси, отделяя примеси и остальные компоненты. Это нужно, когда требуется вещество с определёнными свойствами, а не природное сырьё, состав которого может меняться.
Разделение смеси — выделение её компонентов с использованием различий в их свойствах. Например, нерастворимые частицы можно отделить от жидкости фильтрованием, а жидкости с разными температурами кипения — перегонкой. Понимание этого понятия позволяет выбирать не случайный способ, а подходящий для конкретной смеси.
Обогащение полезных ископаемых — отделение ценной части природного сырья от пустой породы перед дальнейшей переработкой. Так уменьшают количество ненужного материала, который пришлось бы обрабатывать вместе с полезным. Обогащение готовит сырьё к получению нужного вещества, но само по себе обычно не даёт чистый металл.
Многие вещества встречаются в природе не в чистом виде, а вместе с другими компонентами. Воздух — смесь газов, морская вода содержит растворённые соли, нефть состоит из множества веществ, а горные породы могут включать разные минералы. Состав такой смеси зависит от места и условий её образования, поэтому природное сырьё нельзя считать одинаковым и готовым к любому применению. Сначала из него нужно выделить нужный компонент или подготовить смесь к переработке.
Чтобы выбрать способ получения нужного вещества, сначала выясняют, что именно входит в состав смеси. Затем сравнивают свойства компонентов: одни растворяются в воде, другие остаются твёрдыми; одни частицы крупнее других, а жидкости могут кипеть при разных температурах. Это необходимо потому, что разделение удаётся, когда выбранное действие по-разному влияет на компоненты. Если свойства не различаются заметно, одного простого способа может быть недостаточно.
Различия свойств подсказывают, как именно разделять смесь. Размер частиц помогает выбрать фильтрование, растворимость — отделить нерастворимое от растворителя, а разная плотность — использовать отстаивание. Разница температур кипения позволяет разделять жидкости перегонкой, а способность притягиваться магнитом — извлекать магнитный компонент. Выбор важен ещё и потому, что неподходящий способ может не отделить нужное вещество или унести его вместе с другой частью смеси.
В солёной воде соль растворена, поэтому её частицы проходят через обычный фильтр вместе с водой. Если воду нагревать, она испаряется, а соль остаётся в сосуде; по мере удаления воды раствор становится более концентрированным. Затем соль образует кристаллы, которые можно собрать. Такой способ подходит, когда требуется соль, а собирать испарившуюся воду не нужно.
Руда — природное сырьё, в котором нужные соединения находятся вместе с пустой породой. Перед дальнейшей переработкой руду обогащают, то есть отделяют часть ненужного материала, используя различия в составе и физических свойствах компонентов. Это снижает количество сырья, которое предстоит переработать, но не превращает руду в чистый металл. Для получения металла после обогащения нужны последующие химические и технологические процессы.
| Природная смесь | Что требуется получить | Различие свойств компонентов | Способ разделения или обработки |
|---|---|---|---|
| Морская вода | Питьевая вода или соль | Вода испаряется, соль остаётся; растворённые вещества не задерживаются обычным фильтром | Дистилляция для получения воды; выпаривание и кристаллизация для получения соли |
| Песок и вода | Песок или очищенная вода | Песок не растворяется в воде и оседает | Отстаивание и фильтрование |
| Железная руда с пустой породой | Железосодержащее сырьё | Компоненты различаются составом и некоторыми физическими свойствами | Обогащение, затем переработка сырья |
| Нефть | Разные нефтяные фракции | Компоненты имеют разные температуры кипения | Перегонка |
В таблице сначала найдите исходную смесь и уточните, что нужно получить: от цели зависит выбор обработки. Затем посмотрите, какое свойство позволяет разделить компоненты, и сопоставьте его с подходящим способом. Например, фильтрование не подойдёт для растворённой соли, а для получения воды из морской воды нужна дистилляция.
Задача 1. Предложите способ отделить песок от воды и объясните, почему он подходит. Нужно получить песок или воду из смеси, где твёрдые частицы не растворяются. Значит, можно воспользоваться тем, что песок остаётся отдельными частицами и задерживается фильтром. Если его много, сначала удобно дать частицам осесть.
Ответ: песок отделяют фильтрованием, при необходимости предварительно отстаивая смесь. Это работает, потому что песок не растворяется и его частицы задерживаются фильтром. Для более чистой воды фильтрование можно повторить.
Задача 2. Как получить соль из порции солёной воды, не собирая воду? Вода нужна только как растворитель, а целевой компонент — соль. Поэтому нет необходимости улавливать водяной пар после нагревания. Нужно выбрать действие, при котором вода удалится, а соль останется в сосуде.
Ответ: воду выпаривают, а соль собирают после кристаллизации. Вода летуча и уходит в виде пара, тогда как соль при этих условиях остаётся в сосуде. Если пар охладить и собрать, это уже будет дистилляция, но в задаче вода не нужна.
Задача 3. Нужно получить чистую воду из морской воды. Опишите последовательность действий и объясните, почему простое фильтрование не подходит. Требуется сохранить не соль, а воду, поэтому простого выпаривания недостаточно: оно удалит воду в виде пара. Нужно этот пар не терять, а превратить обратно в жидкость. Обычный фильтр пропускает растворённые соли вместе с водой, поскольку они не являются крупными нерастворимыми частицами.
Ответ: проводят дистилляцию — испаряют воду, затем охлаждают пар и собирают жидкость. Фильтрование не удаляет растворённые соли. Полученную воду следует считать дистиллированной; её пригодность для питья зависит от дополнительной проверки и обработки.
Ошибка: считать природную смесь чистым веществом. Так думают, потому что смесь может выглядеть однородной, например морская вода. Но однородный вид не означает постоянный состав: в смеси есть несколько компонентов, сохраняющих свои свойства. Проверьте себя вопросом: можно ли назвать состав только одним веществом, или в нём присутствуют разные компоненты?
Ошибка: ожидать, что фильтр задержит растворённую соль. Путаница возникает из-за того, что фильтр действительно отделяет некоторые твёрдые частицы от жидкости. Однако соль распределена в воде как растворённое вещество и проходит через обычный фильтр вместе с ней. Чтобы проверить выбор, выясните, видны ли частицы как отдельный нерастворимый осадок.
Ошибка: путать выпаривание с дистилляцией. В обоих случаях жидкость превращается в пар, поэтому названия могут казаться взаимозаменяемыми. При выпаривании обычно получают оставшееся растворённое твёрдое вещество, а при дистилляции пар охлаждают и собирают как жидкость. Проверьте себя: какое именно вещество нужно сохранить и собрать?
Ошибка: считать обогащение руды получением чистого металла. Обогащение удаляет часть пустой породы, но в сырье остаются соединения и другие вещества. Эту стадию принимают за окончательную, потому что доля полезного компонента после неё возрастает. Проверьте себя: если перед вами всё ещё сырьё для металлургической переработки, значит, чистый металл ещё не получен.
Для понимания темы нужно знать, чем чистое вещество отличается от смеси, и помнить, что компоненты смеси сохраняют свои свойства. Тогда становится яснее, почему песок можно отделить от воды фильтром, а растворённую соль — нет. Эти знания пригодятся при изучении способов разделения смесей и растворов, а также химических производств. Они помогают понять, как из природного сырья получают металлы и другие нужные вещества.
Почему природные вещества часто приходится очищать перед использованием?
В природе они обычно входят в состав смесей и содержат другие компоненты. Примеси могут мешать использованию вещества или влиять на его свойства, поэтому нужный компонент отделяют.
Можно ли получить питьевую воду фильтрованием морской воды?
Нет, обычный фильтр задерживает нерастворимые частицы, но пропускает растворённые соли. Для отделения воды от солей применяют дистилляцию, а питьевой пригодность воды зависит также от её дальнейшей проверки и обработки.
Чем выпаривание отличается от дистилляции?
При выпаривании растворитель уходит в виде пара, а растворённое твёрдое вещество остаётся и может кристаллизоваться. При дистилляции пар охлаждают и собирают обратно в виде жидкости.
Почему для каждой смеси нужно подбирать свой способ разделения?
Способ должен использовать различие свойств именно тех компонентов, которые нужно разделить. Например, фильтрование подходит для нерастворимых частиц, а растворённую соль отделяют от воды выпариванием или дистилляцией.
Является ли обогащённая руда чистым веществом?
Нет. При обогащении из руды удаляют часть пустой породы, но полученное сырьё всё ещё может содержать разные вещества. Чтобы получить металл, его подвергают дальнейшей переработке.
Природные смеси — источник получения чистых веществ (дополнительный материал к § 23)
