Чистые вещества и смеси. Методы очистки веществ и разделения смесей

Вещества в природе практически не встречаются в чистом, индивидуальном виде, как правило, мы имеем дело со смесями в том или ином виде.

Для различных нужд в химии часто требуются чистые вещества (точнее сказать, вещества определенной чистоты, так как выделить идеально чистое вещество практически невозможно), при этом, как правило, выделять их приходится из смесей. 

Методы разделения смесей

Для разделения смесей существует принципиальная разница, работаем мы с однородной или неоднородной смесью. 

• Неоднородные смеси, в отличие от однородных, в большинстве случаев могут быть разделены механическими способами:

  1. Магнитная сепарация — разделение смеси под действием магнита. Вещества, способные к намагничиванию, можно удалить из смеси действием магнита. Подойдет для выделения из смеси таких металлов, как: Fe, Co и Ni. Остальные металлы к магниту равнодушны.

  2. Отстаивание — расслоение смеси под действием силы тяжести. Для ускорения отстаивания используют центрифугирование — разделение смеси на фракции под действием центробежной силы. Отстаивание может применяться для разделения смесей твердых частиц с жидкостью. Частицы песка, взвешенные в воде, с течением времени осядут на дно сосуда. После отстаивания мы можем аккуратно слить воду с осажденного песка. 

  3. Декантация — механическое удаление жидкости с осадка путем сливания. А также разделение несмешивающихся жидкостей с помощью делительной воронки. Нижнюю фазу более тяжелой жидкости сливают через кран, верхняя фаза остается в делительной воронке.

  4. Фильтрование — разделение смеси при пропускании через пористые материалы. В ходе фильтрованием смесь пропускают через пористый фильтр, который задерживает достаточно крупные частицы. В качестве фильтров используют фильтровальную бумагу, активированный уголь, пористое стекло, пластик и даже обычную вату. Наиболее простая установка для фильтрования состоит из сосуда для сбора отфильтрованной жидкости, воронки и бумажного фильтра, помещенного в воронку. Бумажный фильтр задерживает твердые частицы, так что в сосуд попадает только жидкость. Для увеличения эффективности фильтрования часто применяют вакуумное фильтрование.

     

     Фильтрование

• Разделение однородных смесей, как правило, более трудоемко, в таких случаях используются различные физические, химические и физико-химические способы:

  1. Кристаллизация (выпаривание) — процесс образования кристаллов из жидкостей и газов. Так, например, хлорид натрия из водного раствора можно выделить при упаривании последнего. В некоторых случаях оказывается удобным, наоборот, охлаждать раствор. Растворимость многих веществ понижается с уменьшением температуры, в таких случаях, охладив смесь до определенной температуры, мы увидим образование осадка, который затем можно отделить от жидкой фазы с помощью декантации или фильтрования.

  2. Перегонка (дистилляция) — процесс разделения, основанный на разнице температур кипения компонентов смеси. Перегонка состоит из двух последовательны шагов: нагревания исходной смеси до кипения и конденсации образовавшегося пара. Для проведения перегонки исходную смесь помещают в колбу Вюрца (или круглодонную колбу с насадкой Вюрца), которую сверху затыкают пробкой, снабженной термометром. К отводу из колбы присоединяют обратный холодильник. Обратный холодильник представляет собой полую трубку с двойной стенкой. Между стенками такого холодильника циркулирует холодная вода, охлаждающая пары, попадающие из колбы в полость холодильника.
     

     

     Перегонка (дистилляция)

     Сконденсированный пар будет содержать больше жидкости с меньшей температурой кипений, в результате нескольких последовательных испарений и конденсаций можно выделить чистую, более легко кипящую жидкость. Степень разделения смеси в ходе перегонки зачастую отслеживают по температуре пара над кипящей жидкостью. Если разница в температурах кипения невелика, используют фракционную перегонку. Для этого в уже описанную установку дополнительно ставят дефлегматор.

  3. Экстракция — способ выделения вещества из смеси, основанный на разности растворимостей веществ в разных растворителях. В ходе экстракции к исходной смеси добавляют подобранный для выделения нужного вещества растворитель, не смешивающийся с исходным. После этого нужное вещество постепенно переходит из исходной смеси в растворитель. Полученный раствор сливают и выпаривают, в результате выделяя необходимое вещество.