Конспект урока: Физические явления — основа разделения смесей в химии

Чистые вещества и смеси

Материалов на основе чистых веществ, которые мы используем в повседневной жизни, гораздо меньше, чем материалов из смесей веществ. Из чистых веществ, например, изготавливают медные провода, кремниевые солнечные батареи и процессоры компьютеров.

Смеси веществ в качестве материалов используют гораздо чаще. Так что же такое смесь?

Классификация смесей

Таблица 1. Классификация смесей

Мы уже с вами знаем, что с телами и веществами могут происходить различные изменения, которые называют явлениями. При физических явлениях состав чистых индивидуальных веществ остаётся без изменения, изменяется только или его агрегатное состояние, или форма и размеры тел.

Физические явления широко используются человеком в быту, их, например, применяют в народном хозяйстве.

В поиске возможностей получения чистых веществ учёные открыли способы разделения смесей, которые являются, по факту, физическими явлениями.

Способы разделения смесей

Существует большое количество способов разделения смесей. Они основаны на том, что в смесях вещества сохраняют свои физические свойства. 

Таблица 2. Разделение неоднородных смесей

Способ	Описание	Пример	Демонстрация
Отстаивание	Выделение веществ  из смеси воды и нерастворимых  в ней веществ с различной плотностью. Компоненты  с меньшей плотностью поднимаются (всплывают),  а с большей – опускаются вниз (оседают).	Смеси нефти и воды,  растительного масла и  воды быстро расслаиваются  и поэтому их легко отделить  друг от друга с помощью  делительной воронки.
Фильтрование	Способ основан  на различной  пропускной способности  фильтров (специальных  пористых материалов)  по отношению к частицам  разных размеров.	Очистка питьевой воды.
Действие магнитом	Выделение из смеси  веществ,  которые проявляют  магнитные свойства.	Разделение смеси железных опилок и серы.
Центрифуги-рование	Под действием центробежной силы частицы разных веществ получают различное ускорение, так как обладают различной плотностью, и смесь разделяется.	Отделение осадка от раствора, для отделения загрязненных жидкостей, производится также центрифугирование эмульсий (выделение компонентов крови).

Таблица 3. Разделение однородных смесей

Способ	Описание	Пример	Демонстрация
Выпаривание	Избавление от воды, входящей в состав раствора.	Природную соль растворяют в воде и затем фильтруют.  В результате получают раствор поваренной соли, очищенный от песка, глины и других примесей, которые нерастворимы в воде. Затем соль выделяют из раствора выпариванием, вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли.
Перегонка, или дистилляция	Основана на разности температур кипения веществ. Применяют для получения чистых жидких веществ путём испарения, а далее конденсации их паров.	Этим способом получают воду, очищенную от примесей. Такая вода называется дистиллированной.

Также одним из методов разделения твердых смесей является возгонка. Данный метод можно использовать для веществ, которые способны переходить из твердого состояния в газообразное минуя жидкое.

Таблица 4. Разделение твердых нерастворимых частиц

Способ	Описание	Пример	Демонстрация
Возгонка, или сублимация	Переход из твёрдого состояния вещества в газ, минуя жидкое состояние. При возгонке в нагреваемой части прибора кристаллическое вещество испаряется, а в охлаждаемой — снова переходит в твердое состояние (кристаллы).	Чтобы разделить смесь кристалликов йода и графита химическую посуду (стакан) нагревают, в результате появляются фиолетовые пары йода, которые постепенно конденсируются на охлажденной части колбы (со льдом или холодной водой) в виде блестящих кристалликов, а графит остается на дне стакана.

Основные области применения физических методов разделения и очистки веществ

Перегонка используется:

• при получении нефтепродуктов;
• для получения отдельных составных частей воздуха — азота (он выкипает первым), кислорода и др.;
• в специальных приборах-дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют в медицине, химических лабораториях, системах охлаждения автомобилей.

Рис. 1. Перегонка: а — схема трубчатой установки для непрерывной перегонки нефти; б — получение жидкого кислорода из воздуха

Кристаллизация используется:

• при получении солей из озёр, например, морской соли из морской воды, поваренной соли из озера Баскунчак;
• при производстве сахара;

Рис. 2. Кристаллизация: а — месторождение соли — озеро Баскунчак; б — сахарная промышленность

Способ отстаивания используется при работе водоочистительных станций, в химических лабораториях для разделения несмешивающихся веществ.

Фильтрование используется:

• для очистки питьевой воды на станциях водоочистки (фильтром служит слой песка);
• в пылесосе, который очищает воздух от взвешенной в нём пыли, применяют бумажные или матерчатые фильтры;
• в медицине при уходе за больными или во время хирургической операции используют в качестве фильтра многослойные марлевые повязки;
• с помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок мы готовим себе чай.

Возгонка используется:

• для получения чистых йода и серы из их смеси с более тяжелыми элементами, например, железом;
• возгонку используют для проведения эффектных “дымных” опытов, где из твердого агрегатного состояния углекислый газ СО₂ (который носит название «сухой лёд", применяется для хранения продуктов, и, в первую очередь, мороженого) переходит на воздухе в газообразное состояние, при этом  наблюдается образование  видимого белого газа похожего на дым.

Для использования в различных целях применяются вещества с различной степенью очистки. Например, воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для её обеззараживания. Воду для питья желательно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, а также в медицине, требуется дистиллированная вода, максимально очищенная от растворённых в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в полупроводниковой и ядерной технике, в электронике и других точных отраслях промышленности.