Mūsu rakstā mēs apsvērsim, kas ir tīras vielas un maisījumi, maisījumu atdalīšanas metodes. Katrs no mums tos izmanto ikdienas dzīvē. Vai dabā vispār sastopamas tīras vielas? Un kā tos atšķirt no maisījumiem?
Tīras vielas un maisījumi: maisījumu atdalīšanas veidi
Tīras vielas ir vielas, kas satur tikai noteikta veida daļiņas. Zinātnieki uzskata, ka dabā tie praktiski neeksistē, jo tie visi, kaut arī niecīgā daudzumā, satur piemaisījumus. Pilnīgi visas vielas šķīst arī ūdenī. Pat ja, piemēram, sudraba gredzens ir iegremdēts šajā šķidrumā, šī metāla joni nonāks šķīdumā.
Tīras vielas pazīme ir sastāva un fizikālo īpašību noturība. To veidošanās procesā notiek enerģijas daudzuma izmaiņas. Turklāt tas var gan palielināties, gan samazināties. Tīru vielu var sadalīt atsevišķās sastāvdaļās tikai ķīmiskās reakcijas rezultātā. Piemēram, tikai destilētam ūdenim ir tipisks šīs vielas viršanas un sasalšanas punkts,garšas un smaržas trūkums. Un tā skābekli un ūdeņradi var sadalīt tikai elektrolīzes ceļā.
Un kā to pildvielas atšķiras no tīrām vielām? Ķīmija mums palīdzēs atbildēt uz šo jautājumu. Maisījumu atdalīšanas metodes ir fizikālas, jo tās neizraisa vielu ķīmiskā sastāva izmaiņas. Atšķirībā no tīrām vielām, maisījumiem ir atšķirīgs sastāvs un īpašības, un tos var atdalīt ar fizikālām metodēm.
Kas ir maisījums
Maisījums ir atsevišķu vielu kopums. Piemērs ir jūras ūdens. Atšķirībā no destilētā, tai ir rūgta vai sāļa garša, tas vārās augstākā temperatūrā un sasalst zemākā temperatūrā. Vielu maisījumu atdalīšanas metodes ir fizikālas. Tātad tīru sāli no jūras ūdens var iegūt, iztvaicējot un pēc tam kristalizējot.
Maisījumu veidi
Ja pievienosiet ūdenim cukuru, pēc kāda laika tā daļiņas izšķīdīs un kļūs neredzamas. Rezultātā tos nevar atšķirt ar neapbruņotu aci. Šādus maisījumus sauc par viendabīgiem vai viendabīgiem. To piemēri ir arī gaiss, benzīns, buljons, smaržas, saldais un sālsūdens, kā arī vara un alumīnija sakausējums. Kā redzat, viendabīgie maisījumi var būt dažādos agregācijas stāvokļos, bet visbiežāk sastopami šķidrumi. Tos sauc arī par risinājumiem.
Neviendabīgos vai neviendabīgos maisījumos var atšķirt atsevišķu vielu daļiņas. Tipiski piemēri ir dzelzs un koka vīles, smiltis un galda sāls. Heterogēnu maisījumus sauc arī par suspensijām. Starp tiem izšķir suspensijas un emulsijas. Pirmais sastāv no šķidruma un cietas vielas. Tātad emulsija ir ūdens un smilšu maisījums. Emulsija ir divu dažādu blīvumu šķidrumu kombinācija.
Ir neviendabīgi maisījumi ar īpašiem nosaukumiem. Tātad, putu piemērs ir putas, un aerosoli ietver miglu, dūmus, dezodorantus, gaisa atsvaidzinātājus, antistatiskus līdzekļus.
Maisījumu atdalīšanas metodes
Protams, daudziem maisījumiem ir vērtīgākas īpašības nekā atsevišķām atsevišķām vielām, kas tos veido. Taču arī ikdienā ir situācijas, kad tās ir jānošķir. Un rūpniecībā veselas nozares balstās uz šo procesu. Piemēram, no naftas tās pārstrādes rezultātā iegūst benzīnu, gāzeļļu, petroleju, mazutu, saules eļļu un mašīnu eļļu, raķešu degvielu, acetilēnu un benzolu. Piekrītu, ir izdevīgāk izmantot šos produktus nekā bezrūpīgi dedzināt eļļu.
Tagad paskatīsimies, vai ir tāda lieta kā ķīmiskās metodes maisījumu atdalīšanai. Pieņemsim, ka mums ir jāiegūst tīras vielas no sāls ūdens šķīduma. Lai to izdarītu, maisījums ir jāuzsilda. Rezultātā ūdens pārvērtīsies tvaikos, un sāls kristalizēsies. Bet tajā pašā laikā nenotiks vienas vielas pārvēršanās citā. Tas nozīmē, ka šī procesa pamatā ir fiziskas parādības.
Maisījumu atdalīšanas metodes ir atkarīgas no agregācijas stāvokļa, spējas šķīst, viršanas temperatūras atšķirības, blīvuma un tā sastāvdaļu sastāva. Apskatīsim katru no tiem sīkākpiemēri.
Filtrēšana
Šī atdalīšanas metode ir piemērota maisījumiem, kas satur šķidrumu un nešķīstošu cietu vielu. Piemēram, ūdens un upes smiltis. Šis maisījums jāizlaiž caur filtru. Rezultātā caur to brīvi iztecēs tīrs ūdens, un smiltis paliks.
Izlīgums
Dažas maisījumu atdalīšanas metodes ir balstītas uz gravitācijas iedarbību. Tādējādi suspensijas un emulsijas var sadalīties tīrās vielās. Ja augu eļļa nokļūst ūdenī, maisījums vispirms jāsakrata. Tad atstāj uz kādu laiku. Rezultātā ūdens atradīsies trauka dibenā, un eļļa to nosegs plēves veidā.
Laboratorijas apstākļos nostādināšanai izmanto dalāmo piltuvi. Tā darba rezultātā blīvāks šķidrums tiek novadīts traukā, bet gaišais paliek.
Nostādināšanu raksturo zems procesa ātrums. Ir nepieciešams zināms laiks, līdz veidojas nogulsnes. Rūpnieciskos apstākļos šo metodi veic īpašās konstrukcijās, ko sauc par sedimentācijas tvertnēm.
Akcija ar magnētu
Ja maisījums satur metālu, to var atdalīt, izmantojot magnētu. Piemēram, atdaliet dzelzs un koka vīles. Bet vai visiem metāliem ir šīs īpašības? Nepavisam. Šai metodei ir piemēroti tikai maisījumi, kas satur feromagnētus. Papildus dzelzs, tie ietver niķeli, kob altu, gadolīniju, terbiju, disproziju, holmiju, erbiju.
Destilācija
Šis ir nosaukumstulkojumā no latīņu valodas nozīmē "pilienu notecēšana". Destilācija ir maisījumu atdalīšanas metode, kuras pamatā ir vielu viršanas punktu atšķirības. Tādējādi pat mājās alkoholu un ūdeni var atdalīt. Pirmā viela sāk iztvaikot jau 78 grādu temperatūrā pēc Celsija. Pieskaroties aukstajai virsmai, spirta tvaiki kondensējas, pārvēršoties šķidrā stāvoklī.
Rūpniecībā šādā veidā iegūst naftas pārstrādes produktus, aromātiskās vielas, tīrus metālus.
Iztvaikošana un kristalizācija
Šīs atdalīšanas metodes ir piemērotas šķidriem šķīdumiem. Vielas, kas veido to sastāvu, atšķiras pēc viršanas temperatūras. Tādējādi ir iespējams iegūt sāls vai cukura kristālus no ūdens, kurā tie ir izšķīdināti. Lai to izdarītu, šķīdumus karsē un iztvaicē līdz piesātinājumam. Šajā gadījumā kristāli tiek nogulsnēti. Ja nepieciešams iegūt tīru ūdeni, šķīdumu uzkarsē līdz vārīšanās temperatūrai, kam seko tvaiku kondensācija uz aukstākas virsmas.
Gāzu maisījumu atdalīšanas metodes
Gāzu maisījumus atdala ar laboratorijas un rūpnieciskām metodēm, jo šim procesam ir nepieciešams īpašs aprīkojums. Dabiskas izcelsmes izejviela ir gaiss, kokss, ģenerators, saistītā un dabasgāze, kas ir ogļūdeņražu kombinācija.
Fizikālās metodes maisījumu atdalīšanai gāzveida stāvoklī ir šādas:
- Kondensācija ir pakāpenisks processmaisījuma atdzesēšana, kuras laikā notiek tā sastāvdaļu kondensācija. Šajā gadījumā, pirmkārt, šķidrā stāvoklī nonāk vielas ar augstu viršanas temperatūru, kas tiek savāktas separatoros. Tādā veidā no koksa krāsns gāzes tiek iegūts ūdeņradis, kā arī tiek atdalīts amonjaks no maisījuma neizreaģējušās daļas.
- Sorbcija ir dažu vielu absorbcija citās. Šim procesam ir pretējas sastāvdaļas, starp kurām reakcijas laikā tiek izveidots līdzsvars. Uz priekšu un atpakaļgaitas procesiem ir nepieciešami dažādi nosacījumi. Pirmajā gadījumā tas ir augsta spiediena un zemas temperatūras kombinācija. Šo procesu sauc par sorbciju. Pretējā gadījumā tiek izmantoti pretēji apstākļi: zems spiediens augstā temperatūrā.
- Membrānas atdalīšana ir metode, kurā puscaurlaidīgo starpsienu īpašība tiek izmantota, lai selektīvi izvadītu dažādu vielu molekulas.
- Refluksācija - maisījumu ar augstu viršanas temperatūru daļu kondensācijas process to dzesēšanas rezultātā. Šajā gadījumā atsevišķu komponentu pārejas temperatūrai uz šķidro stāvokli vajadzētu būtiski atšķirties.
Hromatogrāfija
Šīs metodes nosaukumu var tulkot kā "Es rakstu ar krāsu". Iedomājieties, ka ūdenim pievieno tinti. Ja nolaidīsiet filtrpapīra galu šādā maisījumā, tas sāks uzsūkties. Šajā gadījumā ūdens tiks absorbēts ātrāk nekā tinte, kas ir saistīts ar atšķirīgu šo vielu sorbcijas pakāpi. Hromatogrāfija ir ne tikai metode maisījumu atdalīšanai, bet arī metode tādu vielu īpašību kā difūzija un šķīdība izpētei.
Tātad mēs satikāmiesar tādiem jēdzieniem kā "tīras vielas" un "maisījumi". Pirmie ir elementi vai savienojumi, kas sastāv tikai no noteikta veida daļiņām. To piemēri ir sāls, cukurs, destilēts ūdens. Maisījumi ir atsevišķu vielu kopums. To atdalīšanai tiek izmantotas vairākas metodes. To atdalīšanas veids ir atkarīgs no tā sastāvdaļu fizikālajām īpašībām. Galvenās ir nostādināšana, iztvaicēšana, kristalizācija, filtrēšana, destilācija, magnetizācija un hromatogrāfija.
