Смесь определяется как физическое сочетание двух или более веществ, не связанных химически. Узнайте о типах смесей и методах разделения смесей (хроматография, дистилляция, выпаривание, кристаллизация, фильтрация, растворение, магнетизм и ручное разделение).
Типы смесей
Вспомните, когда вы в последний раз ели мармелад. Вы избирательно относились к тому, какие цвета вы ели? Всякий раз, когда я ем драже, я сначала ем зеленые. Как и смесь мармеладок, большинство веществ представляют собой смеси вещей. Помните, что существует два типа материи: чистые вещества и смеси. Смесь это физическое сочетание – двух или более веществ, которые смешиваются, но не соединяются химически . Компоненты смеси сохраняют свои физические свойства. Примером смеси является соленая вода. Если бы вы пили соленую воду, она была бы на вкус как вода с солью.
Смеси бывают двух основных типов: гомогенные и гетерогенные смеси. Однородная смесь – это смесь, которая является однородной по всему объему , а это означает, что одна ее часть имеет то же распределение ингредиентов, что и другая часть. Неоднородная смесь – это смесь, которая не является однородной по всему объему, что означает неравномерное распределение ингредиентов смеси.
Воздух представляет собой однородную смесь множества различных газов, включая кислород, азот, углекислый газ и водяной пар. Я знаю, что он однороден, потому что каждый вдох, который я делаю, будет содержать примерно одинаковое соотношение ингредиентов. Однородные смеси иногда называют растворами; особенно когда это смесь твердого вещества, растворенного в жидкости.
Примером гетерогенной смеси является шоколадное печенье. Он содержит сахар, шоколадную стружку, масло, яйца и муку. Каждый кусочек, который я беру, скорее всего, содержит разное количество шоколада. Гетерогенные смеси легко отличить, потому что их различные компоненты можно рассматривать как отдельные вещества, тогда как гомогенная смесь выглядит одинаково.
Разделение смесей
В оставшейся части этого урока мы подробно рассмотрим несколько способов разделения смеси на отдельные ингредиенты. Первый и самый очевидный способ разделения смеси — разделение ее вручную . Это, вероятно, то, что вы делали, когда у вас был пакет мармеладных бобов и выбирали, какого цвета вы хотите съесть.
Мой следующий пример включает смесь соли, песка и железных опилок. Все частицы в этой смеси будут примерно одинакового размера, так как же их разделить? Не могли бы вы взять пинцет и отделить их всех? Это может занять немного времени, поэтому вы можете использовать магнит. Это использует магнетизм , чтобы отделить железо.
Так что теперь железо отсутствует; как разделить соль и песок? Чтобы понять это, нам нужно взглянуть на некоторые физические свойства соли и песка. Вы, наверное, замечали, что соль способна растворяться в воде, а песок — нет. Итак, я бы добавил немного воды в эту смесь и попытался бы растворить всю соль, оставив песок на дне.
Наша следующая техника — фильтрация , и это один из самых распространенных методов разделения смеси на уроках химии. Когда вы завариваете кофе, вы можете положиться на кофейный фильтр, чтобы предотвратить попадание гущи в ваш напиток. Если нашу смесь соленой воды и песка пролить через фильтр, соленая вода пройдет, а песок останется.
Процесс хроматографии или цветопись.
Последнее в нашем списке — отделение соли от воды. Есть два способа сделать это. Первый – испарение . Это может занять некоторое время, но в конце концов вода испарится, а соль останется. Это иногда называют кристаллизацией , потому что твердая соль будет образовывать кристаллы при испарении воды. Если у вас мало времени, вы можете воспользоваться температурой кипения воды, которая намного ниже температуры кипения соли. Нагревая воду до точки кипения, вы позволяете ей превратиться из жидкости в газ, в конечном итоге оставляя всю соль позади. Этот процесс известен как дистилляция и используется для очистки самых разных вещей, от воды до сырой нефти.
Хроматография
Зеленый краситель от желейных бобов будет выглядеть как средняя точка на супервпитывающей бумаге.
В нашем последнем примере мы вернемся к желейным бобам. Знаете ли вы, что большинство красителей для изготовления конфет на самом деле представляют собой смеси различных пигментов? То же самое относится и к красителям, которые используются в маркерах и чернильных ручках. Можно ли разделить пигменты мармеладок или фломастеров? Возможно, вы знаете ответ на этот вопрос, если вы когда-нибудь проливали воду на документ и наблюдали, как чернила переливаются в разные цвета. То, что вы видите, — это разделение пигментов чернил, потому что каждый пигмент имеет различное притяжение к воде, основанное на тонких различиях в полярности каждого пигмента. Химики используют эти небольшие различия для разделения некоторых смесей с помощью хроматографии , что означает цветное письмо .
В бумажной хроматографии небольшая капля чернил или красителя, которые нужно отделить, помещается на дно на листе сверхвпитывающей бумаги. Давайте посмотрим на мои зеленые мармеладки. Если бы я растворил немного внешнего зеленого слоя мармеладки в воде и поместил маленькую точку этого зеленого красителя на лист хроматографической бумаги, она могла бы выглядеть примерно как средняя точка на этом рисунке.
Затем бумагу помещают в емкость с небольшим количеством растворителя, например уксуса или этанола. Можете ли вы представить себе, что происходит с одним концом листа бумаги, когда он касается воды? Бумага втягивает воду в процессе, называемом капиллярным действием. По мере того, как бумага впитывает воду, часть воды смешивается с каплей красителя и образует раствор с водой, поднимающейся по бумаге. Зеленый теперь разделился на два разных цвета: желтый и синий.
Затем бумагу помещают в емкость с небольшим количеством растворителя, например уксуса или этанола. Можете ли вы представить себе, что происходит с одним концом листа бумаги, когда он касается воды? Бумага втягивает воду в процессе, называемом капиллярным действием. По мере того, как бумага впитывает воду, часть воды смешивается с каплей красителя и образует раствор с водой, поднимающейся по бумаге. Зеленый теперь разделился на два разных цвета: желтый и синий.
Притяжение красителя к бумаге будет определять, насколько далеко краска пройдет вверх по бумаге. Красители, которые больше притягиваются к бумаге, не поднимаются так высоко, а красители, которые не так притягиваются к бумаге, поднимаются выше. Как только растворитель достигает верхней части бумаги, линия, где он заканчивается, отмечается, хроматограф вынимается и дает высохнуть.
Расстояние, которое проходит каждый краситель, измеряется от начальной точки, и рассчитывается значение, называемое коэффициентом удерживания. Фактор удерживания, или Rf, представляет собой расстояние, которое проходит краситель, по сравнению с общим расстоянием, которое проходит растворитель. Итак, в этом примере мы рассчитали бы Rf для синего красителя, разделив расстояние между точками 1 и 2 на расстояние между точками 1 и 4. Обратите внимание, что коэффициент удерживания никогда не будет больше единицы, поскольку краситель не может перемещаться дальше, чем переносящий его растворитель. Кроме того, в Rf нет никаких единиц измерения, потому что, если вы возьмете единицу, разделенную на одну и ту же единицу, они обе сократятся.
Хроматография может быть связана со школьным автобусом в конце дня. После окончания школы все ученики садятся в школьный автобус. Затем, пока автобус едет, детей выпускают, когда автобус останавливается на их остановке.
Резюме урока
Из всех методов разделения, о которых вас могут спросить, хроматография является самой сложной, и в бумажной хроматографии она основана на различиях в притяжении между компонентами смеси и используемой бумагой или растворителем. Дистилляция — это способ разделения смесей на основе различий в температуре кипения, обычно для разделения двух разных жидкостей, образующих раствор. Испарение и кристаллизация — это разделение, основанное на способности одного вещества легко испаряться (обычно вода) и другого вещества, которое трудно испаряется (обычно соли). Простейшие из методов разделения включают использование магнита, ручное разделение и фильтрацию.
Способы разделения смеси
- Ручное разделение: разделение физических частей вручную
- Использование магнита: подходит для металлических компонентов
- Растворение: работает только в том случае, если это позволяют свойства компонентов.
- Фильтрация: фильтр отделяет некоторые компоненты от смеси
- Кристаллизация: когда вода испаряется из смеси с образованием кристаллов вещества.
- Дистилляция: включает разделение смесей на основе разных температур кипения жидкостей в растворе.
- Хроматография: растворители взаимодействуют с компонентами смеси и рассчитывается коэффициент удерживания.