Выделение веществ из смесей

Сегодня одной из главных задач химии является разделение составляющих смеси веществ и их очистка. Промышленные и бытовые сточные воды должны быть очищены от экологически опасных веществ прежде, чем будут направлены в водоемы. Всем нам для дыхания нужен чистый воздух, а космической технике и электронике необходимы только чистые металлы.

Частицы всех компонентов, составляющих смесь, остаются неизменными, т. е. сохраняют свои свойства. Поэтому вещества смесей можно разделить.

Разделение веществ зависит от того, растворяется вещество в воде или нет. Поэтому разделение нерастворимых и растворимых в воде веществ мы рассмотрим отдельно.

Самый простой способ разделения нерастворимых в воде веществ и веществ, которые тяжелее воды, – это отстаивание (седиментация). При отстаивании большие и тяжелые частицы вещества осаждаются на дне. Отстаивание обычно является первым этапом очистки природных и сточных вод. В огромных бассейнах-отстойниках осаждаются большие частицы глины, щебня, песка и других нерастворимых в воде веществ. В лабораториях разделение осажденных частиц производят путем осторожного сливания воды. Этот прием разделения называется декантацией. Отделение воды и других жидкостей методом декантации возможно тогда, когда частицы веществ быстро осаждаются.

Две несмешивающиеся жидкости, например, масло и воду, тоже можно отделить друг от друга декантацией. Разделять несмешивающиеся жидкости удобнее всего в специальной посуде, называемой делительной воронкой. Как только одна из жидкостей вытечет из делительной воронки, кран воронки перекрывается и в ней остается только другая жидкость.

Нерастворимые в воде твердые вещества можно разделить также методом фильтрования. Вода легко проникает сквозь поры материала, используемого в качестве фильтра, а нерастворимые в воде частицы веществ из-за своей величины остаются на нем. В качестве фильтра используются различные пористые материалы – песок, материя, фильтровальная бумага, стеклянная масса и др. В химической лаборатории в большинстве случаев при-меняют бумажные и стеклянные фильтры, в школьном кабинете химии – бумажные, а на водоочистительных станциях – песочные фильтры.

Для разделения растворенных в воде веществ смесь нагревают. При этом из смеси испаряется вещество с более низкой температурой кипения, например, из смеси воды и спирта испаряется спирт. Пары выделившегося вещества охлаждаются в холодильнике, и вещество снова превращается в жидкость.

Метод разделения жидких веществ, основанный на различии их температур кипения, называется дистилляцией, или перегонкой. В установке для дистилляции дистилляционная колба соединена с холодильником, который представляет собой стеклянную трубку большого диаметра с двумя небольшими боковыми трубочками для охлаждающей воды. Внутри стеклянной трубки находится более тонкая трубка, в которой проходящие через нее пары под влиянием окружающей холодной воды конденсируются, т. е. снова превращаются в жидкость. Сконденсированная жидкость собирается в приемнике, в качестве которого можно использовать, например, химический стакан или коническую колбу.

При разделении растворенных в воде твердых веществ путем дистилляции вода испаряется, а растворенные вещества остаются в дистилляционной колбе. Для более полного разделения веществ смеси подвергают повторной дистилляции.

На испарении воды без последующего ее охлаждения основано производство различных веществ, в том числе поваренной соли. При приготовлении сахарного сиропа выпаривается лишняя вода, в результате чего остается сироп с большим количеством сахара.