Материал для учащихся 8 класс по теме «Очистка веществ» Аннотация

Материал для учащихся
8 класс по теме «Очистка веществ»
Аннотация
В предлагаемом дополнительном материале дана классификация методов
разделения и рассмотрены основные способы очистки веществ: отстаивание,
фильтрование, выпаривание, кристаллизация, дистилляция, действие магнитом или
водой. Рассмотрены природные смеси.
В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований,
промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые
вещества. Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки.
Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора,
используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно
прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения
опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от
растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не
превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в
полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности.
Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей:
Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.
Отстаивание
Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый
песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или
растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной
воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой. В
результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются
сливки в молоке. Пример смеси - смесь речного песка с водой.
Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием (смотреть видео)
Фильтрование
Разделение гетерогенных (неоднородных) смесей с помощью фильтрования основано на
растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра
проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные
частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь
поваренной соли и речного песка. В качестве фильтров можно использовать различные
пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие.
Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его
используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов –
респираторные маски. Пример смеси - смесь песка и поваренной соли в воде.
Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием (смотреть видео)
Выпаривание
Этот способ используют для выделения твердых веществ из растворов. Выделить соль из
фильтрата можно с помощью выпаривания, т.е. нагреть смесь и вода испарится, а соль
останется на фарфоровой чашке.
Кристаллизация
Это процесс выделения твёрдой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов, в
химической промышленности процесс кристаллизации используется для получения
веществ в чистом виде. Кристаллизация из расплавов и растворов - основной способ
образования кристаллов в природе. Так образуются из огненно-жидкого силикатного
расплава (магмы) массивные кристаллические породы – граниты. На дне озер, заливов и в
море отлагаются кристаллы солей. Из расплавов и растворов выращиваются
искусственные кристаллы (например, технические и драгоценные камни: пьезокварц,
карборунд, рубин, алмаз, сапфир и др.).
Дистилляция
Это метод разделения жидких веществ с разной температурой кипения. Дистилляция
применяется в промышленности и в лабораторной практике для разделения и
рафинирования сложных веществ: для разделение смесей органических веществ
(например, разделение нефти на бензин, керосин, соляр и др.; получение ароматических
веществ в парфюмерии; получение алкогольного спирта) и для получения высокочистых
неорганических веществ (например, металлов: бериллий, цинк, магний, кадмий и др.).
Пример смеси - раствор соли в воде
Разделение однородных смесей (смотреть видео)
Действие магнитом или водой
Если в смеси присутствует вещество, способное к намагничиванию, то его легко выделить
в чистом виде с помощью магнита, т.е. воспользоваться разницей в физических свойствах
веществ. Такими свойствами могут быть удельный вес, способность намагничиваться или
смачиваться водой. Например, так можно разделить смесь порошков серы и железа. Еще
один способ разделения смеси серы и железа основан на разнице в смачиваемости и
плотности этих веществ. Сера тяжелее воды, но не смачивается ею, порошок серы
всплывает на поверхность. Железо тяжелее воды и смачивается ею, поэтому остается на
дне. Такой способ разделения смесей называется флотацией. («Флотация» — слово,
родственное слову «флот») Флотация применяется в горном деле: с помощью флотации
обогащают руды — отделяют лишнюю породу.
Пример смеси - смесь порошка железа и серы
Разделение смеси серы и железа с помощью магнита и воды (смотреть видео)
Природные смеси.
Воздух — естественная смесь газов (главным образом азота и кислорода — 98-99 % в
сумме, а также углекислого газа, воды, водорода и пр.) образующая земную атмосферу.
Воздух необходим для нормального существования подавляющего числа наземных живых
организмов: кислород, содержащийся в воздухе, в процессе дыхания поступает в клетки
организма и используется в процессе окисления, в результате которого происходит
выделение необходимой для жизни энергии (метаболизм, аэробы). В промышленности и в
быту кислород воздуха используется для сжигания топлива с целью получения тепла и
механической энергии в двигателях внутреннего сгорания. Из воздуха, используя метод
сжижения, добывают инертные газы. В 1754 году Джозеф Блэк экспериментально доказал,
что воздух представляет собой смесь газов, а не однородное вещество.
Вещество
Азот
Состав воздуха:
Обозначение По объёму, % По массе, %
N2
78,084
75,50
Кислород
Аргон
Углекислый газ
Неон
Метан
Гелий
Криптон
Водород
Ксенон
O2
Ar
CO2
Ne
CH4
He
Kr
H2
Xe
20,9476
0,934
0,0314
0,001818
0,0002
0,000524
0,000114
0,00005
0,0000087
23,15
1,292
0,046
0,0014
0,000084
0,000073
0,003
0,00008
0,00004
Природный газ – смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном
разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым.
Природный газ в естественных условиях находится в виде отдельных скоплений (газовые
залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом
состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20°C) природный
газ находится только в газообразном состоянии. Сэр Гемфри Дэви (ученый-химик) еще
в 1813 г. заключил из своих анализов, что рудничный газ есть смесь метана CH4 с
небольшим количеством азота N2 и углекислого газа СО2 – то есть, что он качественно
тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот. Основную часть природного
газа составляет метан (CH4) – от 92 до 98 %. В состав природного газа могут также
входить более тяжёлые углеводороды – гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8),
бутан (C4H10); а также другие неорганические вещества: водород (H2), сероводород (H2S),
диоксид углерода (СО2), азот (N2), гелий (Не).
Нефть – горючая маслянистая жидкость, представляющая смесь около 1000
индивидуальных веществ, из которых большая часть – жидкие углеводороды (> 500 или
обычно 80-90% по массе) и гетероатомные органические соединения (4-5%),
преимущественно сернистые (около 250), азотистые (> 30) и кислородные (около 85), а
также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные
компоненты — растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4%), вода
(от следов до 10%), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1-4000 мг/л и более),
растворы солей органических кислот и др., механические примеси (частицы глины, песка,
известняка).
Элементный состав нефти (%): С – 82-87, Н – 11-14,5, S – 0,01-6 (редко до 8), N – 0,0011,8, O – 0,005-0,35 (редко до 1,2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так,
наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V (10-5-10-2%), Ni (10-4-10-3%), Cl (от следов
до 2•10-2%) и т.д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных
месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом
составе нефти можно только условно.
Природная вода – это смесь, которая имеет в своем составе растворенные газы и
разнообразные химические соединения. Химический состав природных вод разнообразен.
Воды Мирового океана отличаются от пресных вод степенью минерализации. В тоже
время, воды морей могут различаться как по химическому составу, так и по степени
минерализации. Состав пресных вод зависит от условий его формирования. Наиболее
чиста природная вода – дождевая вода, но и она взаимодействует с находящимися в
атмосфере веществами, поэтому проливается уже с небольшим количеством
растворенных и взвешенных веществ: N2, О2, CO2, SO2 и т.д.
Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными;
существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30°С).
Основную массу растворенных веществ составляют четыре катиона (Са2+ , Mg2+ , Na+, К+)
и три аниона (НСО3– , Сl– и SO42–).