На чем основано отстаивание

Отстаивание

ОТСТАИВАНИЕ (а. settling, gravity sedimentation; н. Abklarung, Absetzen; ф. decantation; и. sedimentacion) — разделение жидкой грубодисперсной системы (суспензии, эмульсии) на составляющие её фазы под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы (капли) дисперсной фазы выпадают из жидкой дисперсионной среды в осадок или всплывают к поверхности. Отстаивание как технологический приём используют для выделения диспергированного вещества или очистки жидкости от механических примесей. Эффективность отстаивания возрастает с увеличением разницы в плотностях разделяемых фаз и крупности частиц дисперсной фазы. При отстаивании в системе не должно быть интенсивного перемешивания, сильных конвекционных потоков, а также явных признаков структурообразования, препятствующих седиментации.

Накопление осадка (сливок) при отстаивании обусловлено скоростью оседания (всплывания) частиц. В простейшем случае свободного движения сферических частиц она определяется законом Стокса. В полидисперсных суспензиях сначала в осадок выпадают крупные частицы, а мелкие образуют медленно оседающую «муть». Разница в скорости оседания частиц, различающихся по размеру и плотности, лежит в основе разделения измельчённых материалов (пород) на фракции (классы крупности) путём гидравлической классификации или отмучивания. В концентрированных суспензиях наблюдается не свободное, а т.н. солидарное, или коллективное, оседание, при котором быстро оседающие крупные частицы увлекают за собой мелкие, осветляя верхние слои жидкости. При наличии в системе коллоидно-дисперсной фракции отстаивание обычно сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции.

Структура осадка зависит от свойств дисперсной системы и условий отстаивания. Грубодисперсные суспензии, частицы которых не слишком сильно различаются по величине и составу, образуют плотный чётко отграниченный от жидкой фазы осадок. Полидисперсные и многокомпонентные суспензии тонкоизмельчённых материалов, особенно с анизометричными (например, пластинчатыми, игольчатыми, нитевидными) частицами, наоборот, дают рыхлые гелеобразные осадки. При этом между осветлённой жидкостью и осадком может быть не резкая граница, а постепенный переход от менее концентрированных слоёв к более концентрированным. В кристаллических осадках возможны процессы рекристаллизации. При отстаивании агрегативно неустойчивых эмульсий скопившиеся у поверхности в виде сливок или у дна капли коалесцируют (сливаются), образуя сплошной жидкий слой. В промышленных условиях отстаивание проводят в отстойных бассейнах (резервуарах, чанах) и специальных аппаратах-отстойниках (сгустителях) различных конструкций.

Отстаивание широко используют при очистке воды в системах гидротехнических сооружений, водоснабжения, канализации; при обезвоживании и обессоливании сырой нефти; во многих процессах химической технологии. Отстаивание применяют также при амбарной очистке буровых промывочных жидкостей; очистке жидких нефтепродуктов (масел, топлив) в различных машинах и технологических установках. В естественных условиях отстаивание играет важную роль при самоочищении природных и искусственных водоёмов, а также в геологических процессах формирования осадочных пород.

Источник

С пособы разделения смесей (и гетерогенных, и гомогенных) основаны на том факте, что вещества, входящие в состав смеси, сохраняют свои индивидуальные свойства. Гетерогенные смеси могут различаться по составу и фазовому состоянию, например: газ+жидкость; твердое вещество+жидкость; две несмешивающиеся жидкости и др. Основные способы разделения смесей представлены на схеме ниже. Рассмотрим каждый способ отдельно.

Разделение гетерогенных смесей

ФИЛЬТРОВАНИЕ

метод основанный на различной растворимости веществ и разных размерах частиц компонентов смеси. Фильтрование позволяет отделить твердое вещество от жидкости или газа.

Размер пор в фильтровальной бумаге таков, что позволяет молекулам воды и молекулам растворенного вещества беспрепятственно просачиваться. Частицы размером больше 0,01мм задерживаются на фильтре и не проходят сквозь него, таким образом формируется слой осадка.

Запомни! С помощью фильтрования нельзя разделить истинные растворы веществ, то есть растворы, в которых растворение произошло на уровне молекул или ионов.

Кроме фильтровальной бумаги в химических лабораториях используют специальные фильтры с

разным размером пор.

Фильтрование газовых смесей принципиально не отличается от фильтрования жидкостей. Разница заключается только в том, что при фильтровании газов от твердых взвешенных частиц (ТВЧ) используются фильтры специальных конструкций (бумажный, угольный) и насосы для принудительного прокачивания газовой смеси через фильтр, например фильтрация воздуха в салоне автомобиля или вытяжка над плитой.

Фильтрованием можно разделить:

ОТСТАИВАНИЕ

Данным методом можно разделять и несмешивающиеся жидкости. Для этого используют делительную воронку.

Отстаиванием можно разделить смеси:

МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ

Метод основан на разных магнитных свойствах твердых компонентов смеси. Данный метод используют при наличии в смеси веществ-ферромагнетиков, то есть веществ, обладающих магнитными свойствами, например железа.

Все вещества, по отношению к магнитному полю, условно можно разделить на три большие группы:

Магнитной сепарацией можно разделить:

Разделение гомогенных смесей

Для разделения жидких гомогенных смесей (истинных растворов) используют следующие методы:

ВЫПАРИВАНИЕ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.

Метод основан на различных температурах кипения растворителя и растворенного вещества. Используется для выделения растворимых твердых веществ из растворов. Выпаривание обычно проводят следующим образом: раствор наливают в фарфоровую чашку и нагревают ее, постоянно перемешивая раствор. Вода постепенно испаряется и на дне чашки остается твердое вещество.

При этом испаренное вещество (воду или растворитель) можно собрать методом конденсирования на более холодной поверхности. Например, если поместить холодное предметное стекло над выпаривательной чашкой, то на его поверхности образуются капли воды. На этом же принципе основан метод дистилляции.

ДИСТИЛЛЯЦИЯ. ПЕРЕГОНКА.

В природе вода в чистом виде (без солей) не встречается. Океаническая, морская, речная, колодезная и родниковая вода – это разновидности растворов солей в воде. Однако часто людям необходима чистая вода, не содержащая солей (используется в двигателях автомобилей; в химическом производстве для получения различных растворов и веществ; при изготовлении фотографий). Такую воду называют дистиллированной, именно ее применяют в лаборатории для проведения химических опытов.

Перегонкой можно разделить:

ХРОМАТОГРАФИЯ

Можно самостоятельно получить хроматограмму и увидеть сущность метода на практике. Нужно смешать несколько чернил и каплю полученной смеси нанести на фильтровальную бумагу. Затем точно в середину цветного пятнышка начнем по каплям приливать чистую воду. Каждую каплю нужно вносить только после того, как впитается предыдущая. Вода играет роль элюэнта, переносящего исследуемое вещество по сорбенту — пористой бумаге. Вещества, входящие в состав смеси, задерживаются бумагой по-разному: одни хорошо удерживаются ею, а другие впитываются медленнее и продолжают некоторое время растекаться вместе с водой. Вскоре по листу бумаги начнет расползаться настоящая красочная хроматограмма: пятно одного цвета в центре, окруженное разноцветными концентрическими кольцами.

Особенно большое распространение получила тонкослойная хроматография, в органическом анализе. Достоинства тонкослойной хроматографии в том, что можно использовать простейший и очень чувствительный метод детектирования – визуальный контроль. Проявлять невидимые глазу пятна можно различными реактивами, а также используя ультрафиолетовый свет или авторадиографию.

В анализе органических и неорганических веществ применяют хроматографию на бумаге. Разработаны многочисленные методы разделения сложных смесей ионов, например смесей редкоземельных элементов, продуктов деления урана, элементов группы платины

СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

Способы разделения смесей, используемые в промышленности немногим отличаются от лабораторных способов, описанных выше.

Для разделения нефти чаще всего используют ректификацию (перегонку). Более подробно этот процесс описан в теме «Переработка нефти».

Самыми распространенными методами очистки и разделения веществ в промышленности являются отстаивание, фильтрация, сорбция и экстракция. Методы фильтрации и отстаивания проводятся аналогично лабораторным метода, с той разницей, что используются отстойники и фильтры больших объемов. Чаще всего, эти методы используются для очистки сточных вод. Поэтому рассмотрим подробнее методы экстракции и сорбции.

Термин «экстракция» приложим к различным фазовым равновесиям (жидкость – жидкость, газ – жидкость, жидкость – твердое тело и т.д.), но чаще его применяют к системам жидкость – жидкость, поэтому чаще всего можно встретить такое определение:

Одним из несмешивающихся растворителей обычно является вода, вторым – органический растворитель, однако это не обязательно. Экстракционный метод отличается универсальностью, он пригоден для выделения почти всех элементов в различных концентрациях. Экстракция позволяет разделять сложные многокомпонентные смеси зачастую эффективнее и быстрее, чем другие методы. Выполнение экстракционного отделения или разделения не требует сложного и дорогостоящего оборудования. Процесс может быть автоматизирован, при необходимости им можно управлять на расстоянии.

Чаще всего в промышленности методы абсорбции используют для очистки газовоздушных выбросов от частиц пыли или дыма, а также токсичных газообразных веществ. В случае поглощения газообразных веществ, между сорбентом и растворенным веществом может протекать химическая реакция. Например, при поглощении газообразного аммиака NH₃ раствором азотной кислоты HNO₃ образуется нитрат аммония NH₄NO₃ (аммиачная селитра), который можно использовать в качестве высокоэффективного азотного удобрения.

Процесс, при котором происходит абсорбция растворенного вещества за счет протекания химической реакции называется хемосорбцией.

Адсорбцию также используют для очистки воды от химических растворимых примесей. Например, фильтры для питьевой воды работают на принципе адсорбции слоем активированного угля с ионами серебра. Помимо поглощения всем объемом жидкого сорбента (абсорбции), и поверхностным слоем сорбента (адсорбции), выделяют также сорбцию твердого тела или расплава (окклюзию). При сорбции паров твердыми веществами часто происходит капиллярная конденсация.

Источник

Разделение смесей

Урок 18. Химия. Вводный курс. 7 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Разделение смесей»

В повседневной жизни мы имеем дело со смесями веществ. Часто приходится разделять смеси на отдельные компоненты.

Таким образом, разделение смесей – это получение в чистом виде каждого вещества из смеси. А очистка вещества – это отделение примесей от веществ.

Неоднородные смеси разделить гораздо проще, чем однородные. Одни способы разделения смесей основаны на различиях в размерах частиц, другие – на свойствах составляющих веществ.

В быту мы часто используем такой распространённый метод, как просеивание. Например, для разделения смеси муки и сахара или для отделения семян от мусора в сельском хозяйстве, а также для разделения гравия от песка в строительстве.

Среди методов разделения неоднородных смесей выделяют метод действия магнитом. Этот метод разделения основан на способности некоторых веществ притягиваться к магниту. Например, для разделения смеси, содержащей серу и железные опилки, магнит подносят к смеси и железные опилки притягиваются к нему.

Если смешать серу с песком, то данную смесь следует растворить в воде. При этом песок оседает на дно, а сера удерживается на поверхности. Её затем легко собрать ложкой.

Этот способ разделения смеси основан на свойствах серы, таких как плохая смачиваемость серы с водой. Поэтому сера всплывает на поверхность. Такими же свойствами обладают и руды, содержащие серу, благодаря чему их отделяют от пустой породы. Этот процесс называется обогащением породы. При этом руду измельчают и помещают в огромный резервуар, затем наполняют его водой и снизу подают воздух. Частицы руды прилипают к воздушным пузырькам и и в виде пены всплывают на поверхность. А частицы песка и другие тяжёлые частицы остаются на дне.

Для выделения нерастворимых в воде веществ используют метод отстаивания. При этом крупные тяжёлые частицы оседают на дно, а жидкость становится прозрачной. Её легко слить с осадка. Этот процесс называется декантацией. Чем меньше размер твёрдых частиц в жидкости, тем медленнее отстаивается смесь.

Методом отстаивания можно разделить смесь, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей.

Рассмотрим этот метод на наглядном примере. В колбе смешаем воду и растительное масло, интенсивно перемешаем, получится мутная смесь. Через некоторое время на поверхности окажется масло, а внизу – вода. Однако отделить верхний слой достаточно сложно, это можно сделать только с помощью делительной воронки.

Бывает так, что частицы неоднородной смеси настолько малы, что разделить их отстаиванием невозможно. Тогда используют метод центрифугирования. Этим методом разделяют такую неоднородную смесь, как молоко, или взмученную в воде зубную пасту. Такие смеси помещают в специальные пробирки, которые вращаются с большой скоростью в аппаратах, называемых центрифугами. В результате более лёгкие частицы оказываются наверху, а внизу – более тяжёлые.

Молоко – это мельчайшие капельки жира в водном растворе, в котором находятся также сахар, белки. Для разделения данной смеси используют специальную центрифугу, которая называется сепаратором. При разделении компонентов смеси жиры оказываются на поверхности, а внизу – вода с растворёнными веществами – это обезжиренное молоко.

Для разделения неоднородных смесей используют метод фильтрования. В лаборатории фильтром является специальная бумага, которую так и называют – фильтровальная бумага. Этот метод основан на том, что частицы твёрдого вещества не проходят через поры бумаги, а вода с растворёнными в ней веществами проходит через фильтр. При этом получается прозрачный раствор, который называется фильтратом.

Метод фильтрования достаточно широко распространён в быту. Например, заварку процеживают через ситечко, воздух от пыли, попавшей в пылесос, фильтруется через бумажный или тканевый фильтр, воду для питья и приготовления пищи фильтруют через бытовые фильтры.

На очистных сооружениях воду фильтруют через слой чистого песка, на котором задерживается ил, примеси нефтепродуктов, частицы почвы и глины.

Топливо и масло в двигателях автомобиля проходят через фильтрующие элементы.

Фильтровать можно не только жидкие смеси. Например, несколько слоёв марли, между которыми находится вата, очищают вдыхаемый воздух от частиц пыли, смога, болезнетворных микробов. В промышленности для защиты от пыли используют респираторы.

Для очистки газов используют метод адсорбции.

Адсорбция – это способность некоторых твёрдых веществ поглощать своей поверхностью газообразные или растворённые вещества.

Адсорбенты – это вещества, способные к адсорбции.

Адсорбенты – вещества, которые имеют большую поглощающую поверхность. Хорошими адсорбентами являются активированный уголь, силикагель (который вы видели в коробке с новой обувью), фильтровальная бумага.

Вещества на поверхности адсорбентов могут прочно удерживаться на поверхности, а могут и менее прочно. На свойстве активированного угля поглощать вредные газы основано действие противогаза.

Активированный уголь способен поглощать не только газообразные вещества, но и растворённые в жидкостях вещества. В медицине это свойство применяется для адсорбции вредных веществ при отравлениях.

С помощью активированного угля на сахарных заводах обесцвечивают сиропы, чтобы кристаллики сахара получались красивого белого цвета.

Проведём эксперимент. В колбу накапаем несколько капель одеколона. Встряхнём сосуд и понюхаем. Запах одеколона можно почувствовать сразу. Добавим в колбу несколько кукурузных палочек, встряхнём колбу и понюхаем сейчас. Запах одеколона ощущается, но не так сильно, как в первом случае. Этот опыт доказывает адсорбцию веществ на поверхности адсорбента, которым являются кукурузные палочки.

Смешаем столовую ложку сухого молока и речного песка в стакане. Пересыпем эту смесь в стакан с водой, но перемешивать не будем. Постучим ложкой по стенке стакана. Через некоторое время песок начинает оседать на дно, а на поверхности воды – сухое молоко. Это метод отстаивания, при котором тяжёлые твёрдые частицы оседают на дно, а мелкие частицы смеси всплывают на поверхность.

Проведём ещё один эксперимент. В стеклянный стакан насыпем немного чистящего порошка для посуды и нальём сюда воды. Образуется мутная смесь. Через некоторое время жидкость становится прозрачной, так как чистящий порошок оседает на дно. Однако в отличие от предыдущего опыта, процесс отстаивания идёт гораздо быстрее, потому что частицы порошка более мелкие, чем частицы песка.

Явление адсорбции можно наблюдать в следующем опыте. Растолчённые таблетки активированного угля добавим в стакан пепси, интенсивно перемешаем смесь ложкой. Через некоторое время смесь станет гораздо светлее, потому что активированный уголь адсорбирует на своей поверхности красящие вещества.

Источник

Способы разделения смесей

Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.

Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.

Отстаивание

Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.

Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.

Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):

На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.

Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:

Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.

Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):

Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).

Центрифугирование

Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.

Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.

Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.

С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.

Фильтрование

Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.

Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.

Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:

При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.

Действие магнитом

С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.

Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:

Выпаривание. Кристаллизация

Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.

Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:

Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.

Дистилляция (перегонка)

Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.

Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:

Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.

Источник