"Химия", Жилин Д.М., (изд. "БИНОМ. Лаборатория знаний")
Чистые вещества состоят из частиц одного вида и имеют постоянные свойства, а смеси включают несколько веществ, соотношение которых может изменяться. В природе и быту чаще встречаются именно смеси: воздух, почва, морская вода, сплавы. Их компоненты сохраняют свои свойства, поэтому смесь можно разделить физическими способами — фильтрованием, выпариванием, перегонкой, отстаиванием или действием магнита.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Чистое вещество состоит из частиц одного вида и имеет постоянные состав и характерные свойства. Например, у чистой воды определённые температура кипения и состав. Это понятие нужно, чтобы отличать само вещество от содержащих примеси природных образцов.
Смесь состоит из нескольких веществ, соединённых без образования нового вещества. Соотношение компонентов может меняться, а каждый компонент сохраняет свои свойства. Поэтому смесь можно разделять физическими способами.
Однородная смесь имеет одинаковый состав во всех частях, потому что её компоненты равномерно распределены. Отдельные частицы неразличимы невооружённым глазом, как в растворе соли. Такое определение помогает понять, почему обычный фильтр не задерживает растворённую соль.
Неоднородная смесь неодинакова в разных частях, и её компоненты или их части можно различить. К таким смесям относятся песок с водой и железные опилки с песком. Для них часто подходят отстаивание, фильтрование или разделение магнитом.
В природе и быту вещества часто встречаются в виде смесей, потому что соприкасаются и соединяются без химического превращения. Воздух содержит несколько газов, природная вода — растворённые соли, а почва состоит из минералов, воды, воздуха и органических веществ. Получить многие вещества в абсолютно чистом виде трудно, поэтому их очищают перед использованием.
Разделение возможно благодаря тому, что компоненты смеси отличаются физическими свойствами. Крупные частицы можно задержать, более плотные — осадить, растворимое вещество — отделить от нерастворимого. Разные температуры кипения позволяют разделять жидкости, а магнитные свойства — извлекать железо и некоторые его сплавы.
При отстаивании смесь оставляют неподвижной, чтобы более плотные частицы под действием силы тяжести опустились вниз. Затем верхний слой жидкости осторожно сливают; этот приём называют сливанием или декантацией. Метод подходит, например, для воды с песком, но не для раствора соли, где частицы слишком малы и равномерно распределены.
Фильтрование основано на задерживании твёрдых частиц пористым материалом. Жидкость проходит через поры фильтра, а нерастворимый осадок остаётся на нём. Так отделяют песок от воды, однако растворённые частицы соли или сахара проходят через обычный фильтр вместе с водой.
При выпаривании растворитель превращается в пар, а растворённое твёрдое вещество остаётся. Если испарение идёт медленно и вещество образует упорядоченные кристаллы, применяют кристаллизацию; размер кристаллов зависит от условий охлаждения и испарения. Перегонка использует различие температур кипения: сначала испаряется более летучий компонент, затем его пар охлаждают, превращают в жидкость и собирают.
| Способ | На чём основан | Для каких смесей подходит | Что получают |
|---|---|---|---|
| Отстаивание | Различие плотности | Неоднородные смеси твёрдого вещества и жидкости или несмешивающихся жидкостей | Осадок и отделённый жидкий слой |
| Фильтрование | Различие размера частиц | Нерастворимое твёрдое вещество и жидкость | Фильтрат и осадок |
| Выпаривание | Испарение растворителя | Растворы твёрдых веществ | Растворённое вещество |
| Кристаллизация | Образование кристаллов при охлаждении или испарении | Растворы кристаллизующихся веществ | Кристаллы вещества |
| Перегонка | Различие температур кипения | Растворы и смеси жидкостей | Собранный конденсат и остаток |
| Разделение магнитом | Магнитные свойства | Смеси магнитного и немагнитного веществ | Магнитный компонент и остальная смесь |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите агрегатное состояние компонентов и вид смеси. Затем найдите свойство, по которому компоненты различаются, и выберите соответствующий способ. Иногда для полной очистки применяют несколько методов последовательно.
Название результата зависит от способа: после фильтрования получают фильтрат и осадок, а после перегонки — собранную жидкость и остаток. Таблица помогает не путать метод с целью разделения. Например, из раствора соли нужно получить соль выпариванием, а не фильтрованием.
Задача 1. Предложите способ разделить смесь песка и воды. Сначала нужно определить, растворился ли песок и можно ли увидеть его частицы. Поскольку смесь неоднородная, применим физический способ отделения твёрдого вещества от жидкости.
Ответ: смесь можно разделить фильтрованием или отстаиванием с последующим сливанием воды. Фильтрование обычно даёт более полное отделение песка. Выбор зависит от требуемой чистоты воды.
Задача 2. Предложите способ получить соль из раствора соли в воде. Соль не видна в растворе, потому что её частицы равномерно распределены и проходят через фильтр. Значит, нужно удалить воду, не пытаясь задержать соль механически.
Ответ: используют выпаривание или кристаллизацию. Вода испаряется, а соль либо остаётся сплошным остатком, либо выделяется кристаллами. Полученный продукт можно отделить от оставшейся жидкости.
Задача 3. Нужно разделить смесь железных опилок, песка и поваренной соли. Одного метода недостаточно, потому что компоненты различаются сразу по нескольким свойствам. Выбираем этапы так, чтобы каждый следующий не мешал отделению оставшихся веществ.
Ответ: магнит → растворение соли в воде → фильтрование песка → выпаривание воды. На каждом шаге используется отдельное свойство компонента: магнитность, растворимость или способность воды испаряться. Новых веществ при этом обычно не образуется.
Раствор называют чистым веществом. Ошибка возникает из-за прозрачности и одинакового вида раствора во всех местах. Проверьте себя: если в жидкости есть растворитель и растворённое вещество, это однородная смесь.
Считают, что фильтрование отделяет растворённое вещество. Так думают, потому что фильтр действительно задерживает некоторые твёрдые частицы. Нужно учитывать размер частиц: соль в растворе проходит через поры фильтра вместе с водой.
Путают выпаривание с перегонкой. В обоих случаях жидкость нагревают, поэтому методы кажутся одинаковыми. Проверьте цель: при выпаривании растворитель не собирают, а при перегонке его пар охлаждают и превращают в жидкость.
Считают, что после разделения образуются новые вещества. Ошибка появляется из-за изменения внешнего вида смеси. Если не произошло химической реакции, компоненты лишь отделились и сохранили свои свойства.
До изучения темы нужно понимать, что такое вещество, частицы вещества и физические свойства. Именно различия физических свойств позволяют выбрать способ разделения смеси, не превращая компоненты в новые вещества.
Знания пригодятся при изучении растворов, способов получения веществ и очистки воды. Например, понимание фильтрования объясняет работу бытовых фильтров, а перегонка помогает разобраться в получении очищенных жидкостей.
Можно ли считать чистой водой воду из-под крана?
Обычно нельзя: в водопроводной воде растворены соли, газы и другие примеси. Чистой водой в школьном смысле считают воду, состоящую только из частиц H₂O, например дистиллированную с учётом степени очистки.
Почему раствор соли нельзя разделить фильтрованием?
Частицы соли в растворе очень малы и равномерно распределены между частицами воды. Они проходят через поры обычного фильтра вместе с водой, поэтому для выделения соли используют выпаривание или кристаллизацию.
Чем выпаривание отличается от перегонки?
При выпаривании растворитель удаляют в виде пара, а растворённое твёрдое вещество остаётся. При перегонке пар охлаждают, конденсируют и собирают, поэтому получают жидкость.
Как выбрать способ разделения смеси?
Сначала определяют, однородная смесь или неоднородная, а затем сравнивают свойства компонентов. Учитывают размер частиц, плотность, растворимость, температуры кипения и магнитные свойства.
Всегда ли после очистки получается абсолютно чистое вещество?
Нет, обычный способ очистки может удалить только часть примесей. Степень чистоты зависит от метода и оборудования, поэтому результат обычно называют очищенным веществом, а не абсолютно чистым.
§ 10. Чистые и загрязнённые вещества. Очистка веществ
