Огляд процесів розділення та їх застосування в хімії в навчальних посібниках з вивчення лексики студентів хімії

Більшість органічних та неорганічних речовин зустрічаються в природі у вигляді сумішей речовин. У хімічній промисловості вихідними речовинами та продуктами реакції синтезу речовин часто є забруднені речовини. Ось чому процеси розділення речовин надзвичайно важливі. Ми зустрічаємо подібні процеси поділу напрочуд часто у повсякденному житті.
Поділ сумішей речовин базується на використанні різних фізичних та хімічних властивостей чистих речовин, що беруть участь.

Класові випробування - основні речовини та суміші речовин

# Змішування # суміші # окремий # чистий матеріал # суміш речовин # однорідна суміш # неоднорідна # однорідна # розчин # сплав # масаж # межі фаз

Однорідні та неоднорідні суміші

# Змішування # суміші # окрема # чиста речовина # суміш речовин

Водні розчини

# Розчин # розчинник # солі # жири # модель частинок # розчинність # тверді речовини # осад # насичений розчин

Фільтр

Основний принцип: Поділ сумішей речовин від речовин різних агрегатних станів через різний розмір частинок

Якщо рідина має відокремлюватися від нерозчинної в ній твердої речовини, вибирають фільтрацію. Рідина, що складається з дуже дрібних частинок, без проблем протікає через фільтрувальний папір або фільтрувальну тканину (рис. 1). Зверніть увагу на розмір пор використовуваного фільтруючого матеріалу. Залишився залишок фільтра, що складається з більших частинок.
Описана проста фільтрація за допомогою паперового фільтра є невигідною, оскільки вона протікає дуже повільно, а рідина завжди прилипає до залишків фільтра. Це можна поліпшити, працюючи з пляшками для годівлі та лійками Бюхнера.
За допомогою вакуумного насоса та результуючого від’ємного тиску фільтрація відбувається набагато швидше, а залишок фільтру висушується повітрям, що втягується.

Фільтрація пропонує подальші можливості розділення за допомогою певних Мембрани з дуже малим розміром пор (молекулярний фільтр). Наприклад, через ці фільтри пропускають молекули води або інші дрібні молекули, але домішки (в деяких випадках навіть розчинні солі) зберігаються.
Сфери застосування цього процесу - це, наприклад, опріснення морської води для виробництва питної води, а також очищення крові пацієнтів з пошкодженими нирками шляхом діалізу. При виробництві безалкогольного пива алкоголь також відокремлюється через мембрану.

Приклади застосування фільтрації рідин:

Фільтрування завареного чаю та кави
Поділ твердої речовини та рідини в лабораторії або за технологією для отримання синтезованої речовини
Очищення оливкової олії холодного віджиму фільтруванням
Опреснення морської води
Діаліз у хворих на нирки

Приклади фільтрації твердих речовин від газів:

Відокремлення частинок сажі від вихлопних газів дизельних двигунів фільтрами сажистих частинок
Відокремлення пилку та інших твердих частинок від повітря за допомогою пилового фільтра в системах кондиціонування
Поділ пилу та дрібного пилу за допомогою фільтрів для пилу у високотехнологічних лабораторіях з виробництва чіпів
Поділ пилу та повітря через фільтр у пилососі

Нанесений скляний стрижень запобігає розбризкуванню розчину під час простої фільтрації.

Декантування

Основний принцип: Поділ рідини та твердої речовини, нерозчинної в ній, внаслідок різної щільності.

Якщо нерозчинна тверда речовина осіла нижче рідини, так що утворюються два шари, рідину зверху (надосадову рідину) можна обережно злити (рис. 2). Однак суміш не можна повністю відокремити декантацією, оскільки частина рідини завжди прилипає до твердої речовини, і часто деякі тверді частинки також можуть бути виявлені у вилитої рідини.

Приклади застосування:

На будівельних майданчиках водно-піщані суміші зазвичай відокремлюють декантацією (заливанням)
Зливання кавової гущі або чаю, завареного в чашці або в каструлі
Якісні вина декантують перед споживанням, щоб відокремити будь-який осад (білий камінь), який може бути присутнім
Зливання розчину над важкорозчинним осадом z. B. Карбонат кальцію в лабораторії

При декантації розчин надосадової рідини відокремлюють від твердого осаду або від рідини більш високої щільності.

сім

Основний принцип: Поділ твердих речовин через різні розміри зерен

Поділ відбувається шляхом виливання суміші речовин на одне або кілька сит з визначеним розміром отворів (рис. 3). Просіювання зазвичай прискорюють струшуванням решіт.

Приклади застосування:

решітка в каміні або печі використовується для відокремлення палива та золи
Визначення пропорцій дрібного піску та інших компонентів у зразку ґрунту шляхом просіювання зразка за допомогою ситового набору
Поділ гравію та піску та виробництво відповідного будівельного матеріалу з визначеним розміром зерна
Просіювання відкладень під час археологічних розкопок для отримання менших знахідок

Просіювання - це мистецтво, напр. Б. для підготовки вихідних матеріалів синтезів, що має важливе значення.

Центрифуга

Принцип процедури: Поділ речовин, що не змішуються (переважно твердих речовин/рідин) через їх різну щільність та результуючі відцентрові сили

Якщо нерозчинна тверда речовина дуже тонко розподіляється в рідині, поділ фільтруванням часто є непридатним. Дрібно розділена тверда речовина закупорює пори фільтрувального паперу при низькій швидкості фільтрації. У цьому випадку використовується центрифуга. Цей пристрій генерує відцентрові сили завдяки великій кількості обертів, за допомогою яких тверді частинки притискаються до дна пробірок і таким чином відокремлюються від рідини в пробірці (рис. 4). Після видалення пробірок рідина може просто зливатися.

Приклади застосування:

Відкручуйте мокру білизну (відокремлюючи воду)
Кидаючи мед, щоб відокремити його від стільника
Видобування вершків шляхом відокремлення жиру та знежиреного молока в спеціальному обладнанні (сепаратори для знежирення)
Відокремлення клітинних компонентів крові від плазми крові в медицині
швидке відділення осаду, такого як хлорид срібла, від водного розчину

Відцентрова сила у обертовій центрифузі робить поділ твердих речовин та рідин набагато ефективнішим, ніж при простому декантації, де діє лише сила тяжіння.

Депозит

Принцип процедури: Поділ речовин (часто рідин), які не розчиняються одна в одній через різну щільність

Якщо дві рідини нерозчинні одна в одній, при їх розділенні утворюються дві фази. Нижній шар завжди містить рідину з більшою щільністю, верхній шар - рідину з меншою щільністю. За допомогою ділильної лійки такі суміші речовин можна легко розділити в лабораторії (рис. 5).

Приклади застосування:

Розділення залишків бензину/масла та води за допомогою відповідного сепаратора в мийках автомобілів
Поділ залишків жиру та води спеціальними сепараторами жиру на великих кухнях
Відокремлення водянистого соусу та жиру в підливах за допомогою спеціальних соусних страв

Поділ двох нерозчинних рідин за допомогою ділильної лійки

Витяжка

Основний принцип: Поділ речовинних сумішей через різну розчинність містяться чистих речовин у розчиннику

Екстракція використовує різну розчинність компонентів, що містяться в суміші, у відповідному розчиннику (рис. 6). Розчинник (вода, спирт або інші органічні розчинники) повинен якомога краще розчиняти один компонент, а інший - якнайменше. Отриманий екстракт можна використовувати безпосередньо або додатково обробити, наприклад B. шляхом відновлення розчинника та відокремлення чистої речовини, що міститься в екстракті. Це має ту перевагу, що (часто дорогий) розчинник можна використовувати знову.
Наприклад, розчинні тверді речовини можуть бути вилучені з інших твердих речовин або рідин.

Приклади застосування твердо-рідинної екстракції:

Заварювання чаю або кави (розчинник води)
Розчинення цукру з цукрових буряків (розчинник води)
Виробництво лікарських рослинних екстрактів з трав для виробництва лікарських засобів (розчинники, часто спирт)
Вилучення ароматів з частин рослин (наприклад, пелюсток троянд) за допомогою жиру без запаху (так званий енфлераж)
Обробка залишків пресування, що виникають під час виробництва оливкової олії холодного віджиму, розчинниками - це також дозволяє регенерувати решту олії
Кава без кофеїну за допомогою зрідженого вуглекислого газу під тиском

З іншого боку, екстракція також може відокремити суміш рідких речовин. Цю процедуру зазвичай називають в лабораторії "Витрусити" призначений. Для цього до суміші додають розчинник (екстрагент), у якому компонент добре розчиняється. Енергійне струшування відділить бажаний компонент від вихідної суміші, розчинивши його в розчиннику. Після утворення двох фаз фази можна розділити за допомогою ділильної лійки.

Приклади застосування рідинно-рідинної екстракції:

Відокремлення жиру від емульсій, таких як молоко, за допомогою органічних розчинників (наприклад, уайт-спірит)
Поділ рідких сумішей, які дуже чутливі до температури, напр. Б. в біотехнології
Поділ бензолу, толуолу та ксилолу в нафтохімічному виробництві ароматичних речовин із піролізного бензину

Екстракція інгредієнтів з чайного листя ошпарюванням гарячою водою

Переганяти

Основний принцип: Поділ сумішей рідких речовин через різний тиск пари або температуру кипіння

Під час дистиляції для розділення використовується різна летючість чистих речовин, що містяться в суміші. Ці суміші є розчинами (переважно сумішами рідких речовин або сумішами твердих і рідких речовин). При нагріванні в дистиляційному апараті (рис. 7) речовина з нижчою температурою кипіння спочатку випаровується, конденсується на охолоджувачі і може збиратися в приймачі. Температури кипіння речовин у суміші повинні бути відносно далеко один від одного, щоб можна було використовувати процес.

Застосування:

Виділення ефірних масел (ароматизаторів) з частин рослин дистиляцією парою
Поділ алкоголю та води для приготування міцних напоїв, таких як віскі та коньяк
Знесолення морської води у відповідних системах та видобуток питної води
Очищення продуктів органічного синтезу в лабораторії
Переробка забруднених розчинників у промисловості

Фракційна дистиляція - особливий варіант, який застосовується для відокремлення речовин, точки кипіння яких близькі одна до одної (приблизно 5-10 ° C), із суміші. Тут пара складається не тільки з речовини з нижчою температурою кипіння, але також є більш-менш великі частки речовин з вищою температурою кипіння в парі в залежності від різниці температур кипіння.
Колону, розміщену поверх дистиляційної колби, використовують для сепарації. При цьому пара повільно охолоджується і постійно частково конденсується.
Зараз піднімається пара переважно забирає речовину з нижчою температурою кипіння із стікаючого конденсату і, навпаки, конденсат вимиває з пари речовину, що кипить вище. Таким чином, речовина з нижчою температурою кипіння накопичується все більше і більше в колонці і може бути перегнана в чистому вигляді.

Підвищуючи температуру в дистиляційній колбі, кілька речовин (фракцій) можуть відганяти одну за одною у зростаючій серії точок кипіння.

Приклади застосування:

Дистиляція нафти та видобуток різних нафтових фракцій для подальшої переробки
фракційна дистиляція рідкого повітря для вилучення благородних газів на додаток до азоту та кисню