Artikkelissamme tarkastellaan, mitä puhtaat aineet ja seokset ovat, menetelmiä seosten erottamiseksi. Jokainen meistä käyttää niitä jokapäiväisessä elämässä. Esiintyykö luonnossa puhtaita aineita ollenkaan? Ja kuinka erottaa ne sekoituksista?
Puhtaat aineet ja seokset: tapoja erottaa seokset
Puhtaat aineet ovat aineita, jotka sisältävät vain tietyn tyyppisiä hiukkasia. Tiedemiehet uskovat, että niitä ei käytännössä ole luonnossa, koska ne kaikki sisältävät, vaikkakin vähäisissä määrin, epäpuhtauksia. Ehdottomasti kaikki aineet ovat myös vesiliukoisia. Vaikka esimerkiksi hopearengas upotetaan tähän nesteeseen, tämän metallin ionit liukenevat.
Puhtaiden aineiden merkki on koostumuksen ja fysikaalisten ominaisuuksien pysyvyys. Niiden muodostumisprosessissa tapahtuu muutos energian määrässä. Lisäksi se voi sekä kasvaa että laskea. Puhdas aine voidaan erottaa yksittäisiin komponentteihinsa vain kemiallisella reaktiolla. Esimerkiksi vain tislatulla vedellä on tälle aineelle tyypillinen kiehumis- ja jäätymispiste,maun ja hajun puute. Ja sen happi ja vety voidaan hajottaa vain elektrolyysillä.
Ja miten niiden aggregaatit eroavat puhtaista aineista? Kemia auttaa meitä vastaamaan tähän kysymykseen. Seosten erotusmenetelmät ovat fysikaalisia, koska ne eivät muuta aineiden kemiallista koostumusta. Toisin kuin puhtaissa aineissa, seoksilla on vaihteleva koostumus ja ominaisuudet, ja ne voidaan erottaa fysikaalisilla menetelmillä.
Mikä on seos
Seos on kokoelma yksittäisiä aineita. Esimerkkinä merivesi. Toisin kuin tislattu, sillä on karvas tai suolainen maku, se kiehuu korkeammassa lämpötilassa ja jäätyy alemmassa lämpötilassa. Menetelmät aineseosten erottamiseksi ovat fysikaalisia. Joten puhdasta suolaa voidaan saada merivedestä haihduttamalla ja kiteyttämällä.
Seostyypit
Jos lisäät sokeria veteen, sen hiukkaset liukenevat hetken kuluttua ja muuttuvat näkymättömiksi. Tämän seurauksena niitä ei voida erottaa paljaalla silmällä. Tällaisia seoksia kutsutaan homogeenisiksi tai homogeenisiksi. Ilma, bensiini, liemi, hajuvesi, makea ja suolavesi sekä kuparin ja alumiinin seos ovat myös esimerkkejä näistä. Kuten näet, homogeeniset seokset voivat olla eri aggregaatiotilassa, mutta nesteet ovat yleisimpiä. Niitä kutsutaan myös ratkaisuiksi.
Heterogeenisissa tai heterogeenisissä seoksissa yksittäisten aineiden hiukkaset voidaan erottaa. Tyypillisiä esimerkkejä ovat rauta- ja puulastut, hiekka ja ruokasuola. Heterogeenisiä seoksia kutsutaan myös suspensioiksi. Niistä erotetaan suspensiot ja emulsiot. Edellinen koostuu nesteestä ja kiinteästä aineesta. Emulsio on siis veden ja hiekan seos. Emulsio on kahden nesteen yhdistelmä, joilla on eri tiheydet.
On olemassa heterogeenisiä sekoituksia, joilla on erityiset nimet. Esimerkki vaahdosta on siis vaahto, ja aerosoleihin kuuluvat sumu, savu, deodorantit, ilmanraikastimet, antistaattiset aineet.
Seosten erottelumenetelmät
Tietenkin monilla seoksilla on arvokkaampia ominaisuuksia kuin yksittäisillä aineilla, joista ne muodostuvat. Mutta myös jokapäiväisessä elämässä on tilanteita, joissa ne on erotettava. Ja teollisuudessa kokonaiset teollisuudenalat perustuvat tähän prosessiin. Esimerkiksi öljystä sen käsittelyn tuloksena saadaan bensiiniä, kaasuöljyä, kerosiinia, polttoöljyä, aurinkoöljyä ja koneöljyä, rakettipolttoainetta, asetyleeniä ja bentseeniä. Samaa mieltä, on kannattavampaa käyttää näitä tuotteita kuin mielettömästi polttaa öljyä.
Katsotaan nyt, onko olemassa sellaista asiaa kuin kemialliset menetelmät seosten erottamiseksi. Oletetaan, että meidän on saatava puhtaita aineita suolan vesiliuoksesta. Tätä varten seos on lämmitettävä. Tämän seurauksena vesi muuttuu höyryksi ja suola kiteytyy. Mutta samaan aikaan yksi aine ei muutu toiseksi. Tämä tarkoittaa, että tämän prosessin perustana ovat fyysiset ilmiöt.
Seosten erotusmenetelmät riippuvat aggregaatiotilasta, liukenemiskyvystä, kiehumispisteerosta, tiheydestä ja sen komponenttien koostumuksesta. Tarkastellaan jokaista niistä yksityiskohtaisemmin erikseenesimerkkejä.
Suodatus
Tämä erotusmenetelmä soveltuu seoksille, jotka sisältävät nestettä ja liukenematonta kiinteää ainetta. Esimerkiksi vesi ja jokihiekka. Tämä seos on johdettava suodattimen läpi. Tämän seurauksena puhdas vesi kulkee vapaasti sen läpi ja hiekka jää jäljelle.
Ratkaisu
Jotkut seosten erotusmenetelmät perustuvat painovoiman vaikutukseen. Siten suspensiot ja emulsiot voidaan hajottaa puhtaiksi aineiksi. Jos kasviöljyä joutuu veteen, seosta on ensin ravistettava. Jätä sitten hetkeksi. Tämän seurauksena vesi on astian pohjalla ja öljy peittää sen kalvon muodossa.
Laboratorio-olosuhteissa laskeutumiseen käytetään erotussuppiloa. Työnsä tuloksena tiheämpi neste valuu astiaan, kun taas kevyt jää jäljelle.
Settingille on ominaista prosessin hidas nopeus. Sakan muodostuminen kestää tietyn ajan. Teollisissa olosuhteissa tämä menetelmä suoritetaan erityisissä rakenteissa, joita kutsutaan sedimentaatiosäiliöiksi.
Toiminta magneetilla
Jos seos sisältää metallia, se voidaan erottaa magneetilla. Erottele esimerkiksi rauta- ja puuviilat. Mutta onko kaikilla metalleilla nämä ominaisuudet? Ei lainkaan. Tähän menetelmään soveltuvat vain ferromagneetteja sisältävät seokset. Raudan lisäksi näitä ovat nikkeli, koboltti, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium.
Tislaus
Tämä on otsikkolatinasta käännettynä tarkoittaa "pisaroiden tyhjentämistä". Tislaus on menetelmä seosten erottamiseksi aineiden kiehumispisteiden erojen perusteella. Siten jopa kotona alkoholi ja vesi voidaan erottaa toisistaan. Ensimmäinen aine alkaa haihtua jo 78 celsiusasteen lämpötilassa. Kylmää pintaa koskettaessa alkoholihöyry tiivistyy ja muuttuu nestemäiseksi.
Teollisuudessa tällä tavalla saadaan öljynjalostustuotteita, aromaattisia aineita, puhtaita metalleja.
Haihtuminen ja kiteytyminen
Nämä erotusmenetelmät sopivat nestemäisille liuoksille. Aineet, jotka muodostavat niiden koostumuksen, eroavat toisistaan kiehumispisteessään. Siten on mahdollista saada suola- tai sokerikiteitä vedestä, johon ne on liuotettu. Tätä varten liuokset kuumennetaan ja haihdutetaan kyllästettyyn tilaan. Tässä tapauksessa kiteet kerrostuvat. Jos on tarpeen saada puhdasta vettä, liuos kiehautetaan, minkä jälkeen höyryt kondensoidaan kylmemmälle pinnalle.
Kaasuseosten erotusmenetelmät
Kaasuseokset erotetaan laboratorio- ja teollisuusmenetelmin, koska tämä prosessi vaatii erikoislaitteita. Luonnonperäinen raaka-aine on ilma, koksi, generaattori, assosioitunut ja maakaasu, joka on hiilivetyjen yhdistelmä.
Fysikaaliset menetelmät kaasumaisten seosten erottamiseksi ovat seuraavat:
- Kodensaatio on asteittainen prosessiseoksen jäähdyttäminen, jonka aikana sen komponentit kondensoituvat. Tässä tapauksessa ensinnäkin korkealla kiehuvat aineet, jotka kerätään erottimiin, siirtyvät nestemäiseen tilaan. Tällä tavalla koksiuunikaasusta saadaan vetyä ja ammoniakki erotetaan myös seoksen reagoimattomasta osasta.
- Sorptio on joidenkin aineiden imeytymistä toisiin. Tässä prosessissa on vastakkaisia komponentteja, joiden välille muodostuu tasapaino reaktion aikana. Eteenpäin- ja paluuprosessit vaativat erilaisia ehtoja. Ensimmäisessä tapauksessa se on korkean paineen ja alhaisen lämpötilan yhdistelmä. Tätä prosessia kutsutaan sorptioksi. Muuten käytetään päinvastaisia olosuhteita: matala paine korkeassa lämpötilassa.
- Kalvonerotus on menetelmä, jossa puoliläpäisevien väliseinien ominaisuutta käytetään eri aineiden molekyylien selektiiviseen läpikulkuun.
- Refluksointi - seosten korkealla kiehuvien osien kondensoitumisprosessi niiden jäähdytyksen seurauksena. Tässä tapauksessa yksittäisten komponenttien siirtymälämpötilan nestetilaan tulisi erota merkittävästi.
Kromatografia
Tämän menetelmän nimi voidaan kääntää "kirjoitan väreillä". Kuvittele, että mustetta on lisätty veteen. Jos lasket suodatinpaperin pään tällaiseen seokseen, se alkaa imeytyä. Tässä tapauksessa vesi imeytyy nopeammin kuin muste, mikä liittyy näiden aineiden erilaiseen sorptioasteeseen. Kromatografia ei ole vain menetelmä seosten erottamiseen, vaan myös menetelmä aineiden ominaisuuksien, kuten diffuusion ja liukoisuuden, tutkimiseen.
Joten tapasimmesellaisilla käsitteillä kuin "puhtaat aineet" ja "seokset". Ensimmäiset ovat alkuaineita tai yhdisteitä, jotka koostuvat vain tietyn tyyppisistä hiukkasista. Heistä esimerkkejä ovat suola, sokeri, tislattu vesi. Seokset ovat kokoelma yksittäisiä aineita. Niiden erottamiseen käytetään useita menetelmiä. Tapa, jolla ne erotetaan, riippuu sen ainesosien fysikaalisista ominaisuuksista. Tärkeimmät niistä ovat laskeutus, haihdutus, kiteytys, suodatus, tislaus, magnetointi ja kromatografia.
