§ 27. Основные способы разделения смесей

Определения и обозначения

Смесь — это несколько веществ, соединённых без образования нового вещества. Каждое из них сохраняет свои свойства, поэтому песок в воде остаётся песком, а соль в воде — солью. Это отличие помогает понять, почему смесь можно разделить физическими способами. Например, можно осадить песок или выпарить воду из раствора соли.

Компонент смеси — каждое вещество, входящее в её состав. В смеси воды с песком два компонента: вода и песок, а в смеси соли с водой — вода и соль. Слово «компонент» помогает точно назвать, что именно нужно отделить. Перед выбором способа полезно перечислить все компоненты и выяснить их свойства.

Отстаивание — способ разделения неоднородной смеси, основанный на различии плотности её компонентов. Плотность показывает, насколько много вещества содержится в данном объёме: более плотные частицы обычно опускаются вниз. Например, песок оседает в воде, а масло оказывается над водой. Отстаивание удобно, когда компоненты сами располагаются слоями или осадком.

Фильтрование — способ разделения смеси с помощью фильтра, который пропускает жидкость или газ и задерживает твёрдые частицы. Поры фильтра — крошечные отверстия: жидкость проходит через них, а достаточно крупные нерастворимые частицы остаются. Так отделяют песок от воды. Этот способ нужен, когда твёрдый компонент не растворился и его можно задержать фильтром.

Как это устроено

Компоненты смеси сохраняют разные физические свойства, и именно поэтому их можно разделить, не создавая новых веществ. Одни частицы крупнее других, одни вещества плотнее, а некоторые растворяются в воде или притягиваются магнитом. Каждое различие подсказывает подходящий способ. Сначала нужно рассмотреть смесь и определить, какое свойство поможет отделить компоненты.

При отстаивании более тяжёлые или плотные частицы под действием силы тяжести постепенно опускаются на дно. Менее плотная жидкость остаётся сверху, потому что её компоненты располагаются выше. Когда осадок осел, верхний слой осторожно сливают в другую ёмкость. Если двигать ёмкость резко или лить слишком быстро, осадок снова перемешается с водой.

При фильтровании смесь пропускают через фильтр, например бумажный. Его поры достаточно малы, чтобы задержать нерастворимые твёрдые частицы, но жидкость может пройти сквозь них. Прошедшая жидкость называется фильтратом, а оставшиеся на фильтре частицы — осадком. Растворённые вещества фильтр не задерживает: их частицы проходят вместе с жидкостью через поры.

При выпаривании раствор нагревают, и растворитель постепенно превращается в пар и покидает ёмкость. Если в воде растворена соль, вода испаряется, а соль остаётся на дне в виде кристаллов или сухого остатка. Фильтр здесь не поможет, потому что растворённая соль распределена в воде и проходит через поры вместе с ней. Нагревать раствор нужно осторожно и только под присмотром взрослого.

Магнитное разделение использует способность некоторых веществ притягиваться магнитом: так железные опилки можно отделить от песка. Просеивание основано на различии размеров частиц: мелкие проходят через отверстия сита, а крупные остаются. Эти способы подходят не для любой смеси, а только если компоненты отличаются нужным свойством. Поэтому сначала выясняют состав смеси, а затем выбирают действие.

Основные способы разделения смесей

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала назовите компоненты смеси, а затем найдите их различающее свойство. По нему выберите способ и проверьте, какие части смеси окажутся в результате. Если в смеси больше двух компонентов, может понадобиться несколько способов подряд.

Разбор задач

Задача 1. Как разделить смесь воды и песка? Песок в воде не растворяется, поэтому смесь неоднородная: частицы можно заметить или они постепенно осядут. Здесь подходят отстаивание и фильтрование. Выбор зависит от того, нужно ли подождать оседания песка или быстрее отделить его фильтром.

1. Установим, что песок не растворён в воде и его частицы остаются твёрдыми.
2. Если выбираем отстаивание, оставим смесь в покое, пока песок не осядет на дно.
3. Осторожно перельём верхнюю воду в другую ёмкость, не задевая осадок. Вместо этого можно сразу пропустить смесь через фильтр.

Ответ: воду и песок разделяют отстаиванием с последующим сливанием воды или фильтрованием. При фильтровании вода станет фильтратом, а песок останется на фильтре. В обоих случаях свойства воды и песка не меняются.

Задача 2. Как получить соль из раствора соли в воде? Соль растворилась, поэтому отдельные крупинки не оседают на дно и проходят через фильтр вместе с водой. Значит, фильтр не разделит раствор на воду и соль. Нужно использовать то, что вода может испаряться, а соль при этом остаётся.

1. Определим компоненты раствора: вода — растворитель, соль — растворённое вещество.
2. Не будем пытаться отделить соль фильтром: растворённые частицы проходят через его поры вместе с водой.
3. Осторожно выпарим воду при нагревании. Когда растворителя станет меньше, соль останется в виде кристаллов или сухого остатка.

Ответ: соль получают выпариванием воды. Нагревание проводят осторожно, под присмотром взрослого. Если нужно сохранить воду, можно собрать её пар при охлаждении, но для получения соли достаточно выпарить растворитель.

Задача 3. Как разделить смесь железных опилок, песка и воды? В смеси три компонента, поэтому одного действия может быть недостаточно. Железные опилки притягиваются магнитом, песок в воде не растворяется, а вода проходит через фильтр. Удобно сначала убрать магнитный компонент, а потом разделить оставшуюся смесь.

1. Поднесём к смеси магнит, при необходимости обёрнутый бумагой или плёнкой. Железные опилки притянутся, а песок и вода останутся.
2. Уберём магнит с опилками и отделим их от него. Так магнитное разделение удалит только железо.
3. Пропустим оставшуюся воду с песком через фильтр. Песок останется на фильтре, а вода пройдёт сквозь него.

Ответ: сначала используем магнит, затем фильтрование. В результате железные опилки будут отделены магнитом, песок останется на фильтре, а вода соберётся как фильтрат. Порядок важен: каждый шаг использует своё свойство компонента.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что фильтр задержит растворённую соль. Её допускают, потому что соль нельзя увидеть в прозрачном растворе и кажется, что она должна остаться на фильтре. Но растворённые частицы проходят через поры вместе с водой. Проверьте себя: если вещество растворилось и раствор не имеет осадка, фильтр его не отделит.

Ошибка — пытаться разделить воду и масло выпариванием. При выпаривании удаляют растворитель из раствора, а вода с маслом — неоднородная смесь, компоненты которой не образуют такой раствор. Здесь подходит отстаивание: слои располагаются отдельно, и один из них можно осторожно слить. Для проверки спросите себя, растворилось ли одно вещество в другом.

Ошибка — полагать, что после отстаивания смесь полностью разделилась сама. Частицы оседают, но остаются в той же ёмкости, пока верхнюю жидкость не отделят. Если слить её резко, осадок поднимется и снова перемешается с водой. Проверьте результат: жидкость нужно переливать медленно, оставляя осадок на дне.

Ошибка — думать, что при выпаривании вещество исчезает. Обычно испаряется растворитель, а растворённое вещество остаётся на дне в виде кристаллов или сухого остатка. Так ошибаются, принимая исчезновение воды за исчезновение всего раствора. Перед нагреванием назовите, какой именно компонент должен испариться и что должно остаться.

Связь с другими темами

Чтобы выбрать способ разделения, нужно понимать разницу между веществом и смесью, а также знать свойства компонентов: растворимость, плотность, размер частиц и магнитные свойства. Эти знания пригодятся при изучении растворов и кристаллизации: выпаривание позволяет получить кристаллы растворённого вещества. Очистка воды тоже связана с разделением смесей, например при удалении нерастворимых частиц. Такие способы используют в быту, лаборатории и промышленности, а также для охраны окружающей среды.

Что запомнить

• Смесь состоит из нескольких веществ, которые сохраняют свои свойства.
• Способ разделения выбирают по различию физических свойств компонентов.
• Отстаивание основано на различии плотности.
• Фильтрование отделяет нерастворимые твёрдые частицы от жидкости.
• Выпаривание позволяет получить растворённое вещество из раствора.
• Магнитом отделяют вещества, обладающие магнитными свойствами.
• Одну смесь иногда разделяют последовательно несколькими способами.