Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ

Смесь — система, включающая в себя два или более веществ, которые не реагируют между собой. 

Типы смесей:

1. Гетерогенные или неоднородные (механические смеси). Это такие смеси, в которых невооружённым глазом, в редких случаях при помощи увеличительного прибора, можно отчётливо наблюдать границы между молекулами разных веществ. Для примера можно привести суспензии, смесь порошков, эмульсии, дым. 

   

2. Гомогенные или однородные (растворы). Это такие смеси, в которых невозможно наблюдать границы между молекулами, даже при сильном увеличении, так как молекулы веществ сильно перемешаны друг с другом. Для примера можно привести жидкие (смесь спирта с водой), твёрдые (сплавы) и газовые (смесь газов, не реагирующих друг с другом) растворы.

   

Методы разделения смесей

• Метод отстаивания. Этот метод основан на разности плотностей различных веществ. Для этого смесь, которую необходимо разделить, помещают в воду, вещества с низкой плотностью поднимаются на верху, а вещества с большей – опускаются на дно посуды. Чтобы ускорить этот процесс в лаборатории используется метод центрифугирования. Он основан на центробежной силе, которая зависит от скорости вращения центрифуги. Для разделения различных веществ существуют индивидуальная скорость вращения в секунду, благодаря которой смесь разделяется.

  



• Метод декантации. После отстаивания жидкостей, образовавшиеся слои можно разделить при помощи делительной воронки. Суть метода можно увидеть  в следующем рисунке. 

  



• Метод фильтрации. Суть метода заключается в способности фильтра задерживать твёрдые частички и пропускать жидкость.. В случае использования отстаивания для разделения веществ разных агрегатных состояний, завершающим этапом является фильтрация. 

  



• Метод магнитной сепарация. Основан на магнитных свойствах веществ, под действием магнитного поля. Для примера можно привести смесь серы и порошка железы. Железо, обладающие магнитными свойствами притягивается к магниту, а сера остаётся в посуде.

• Метод выпаривания. Используется для разделения тугоплавкого вещества и жидкости. Скорость выпаривание регулируется температурой, давлением, площади поверхности испарения. 

  



• Метод перегонки (дистилляция). Этот метод используется для разделения веществ с приблизительно одинаковыми температурами кипения, а так же используется для разделения летучих веществ от нелетучих. Суть в том, что при закипании смеси быстрее улетучиваются жидкости с более низкой температурой кипения. Пары конденсируются и стекают в приёмник.

  



• Метод хроматографии. Этот метод основан на разности скоростей поглощения одних частиц другими. В стеклянную трубку насыпается порошок мела и смачивается бензолом. Сверху вливают раствор, который необходимо разделить. Все молекулы из-за разного строения и состава по-разному сорбируются, могут прочно крепиться или более слабо, меньше находиться в растворе и больше в связанном состоянии. На следующей иллюстрации можно наблюдать хроматографию хлорофилла. 

  



• Метод адсорбции. Суть метода в том, что твёрдый компонент (адсорбент) всей поверхностью тела поглощает газовый компонент в результате реакции. Вещество, образованное на адсорбенте, можно отделить от него путём десорбции. Адсорбент используется повторно, а отделённое вещество по назначению. В качестве адсорбентов обычно служат пористые твердые вещества, имеющие большую удельную поверхность.