Prezentare generală a proceselor de separare și aplicarea lor în chimie în ajutoarele de învățare a lexiconului studenților la chimie

Majoritatea substanțelor organice și anorganice apar în mod natural ca amestecuri de substanțe. Și în industria chimică, materiile prime și produsele de reacție ale sintezei substanțelor sunt adesea substanțe contaminate. Acesta este motivul pentru care procesele de separare a substanțelor sunt extrem de importante. Întâlnim procese similare de separare surprinzător de des în viața de zi cu zi.
Separarea amestecurilor de substanțe se bazează pe utilizarea diferitelor proprietăți fizice și chimice ale substanțelor pure implicate.

Teste de clasă - substanțe de bază și amestecuri de substanțe

# Amestec # amestecuri #separate # substanță pură # amestec de substanțe # amestec omogen # eterogen # omogen # soluție # aliaj # masaj # limite de fază

Amestecuri omogene și eterogene

#Amestecare #amestecuri #separate # substanță pură #amestec de substanțe

Soluții apoase

# Soluție # solvent # săruri # grăsimi # model de particule # solubilitate # solide # sedimente # soluție saturată

Filtru

Principiu de bază: Separarea amestecurilor de substanțe de substanțe de diferite stări agregate datorită dimensiunilor diferite ale particulelor

Dacă doriți să separați un lichid de un solid care este insolubil în el, se alege filtrarea. Lichidul, care constă din particule foarte mici, curge fără hârtie prin hârtia filtrantă sau pânza filtrantă (Fig. 1). Acordați atenție mărimii porilor materialului filtrant utilizat. Ceea ce rămâne este reziduul filtrului format din particule mai mari.
Filtrarea simplă descrisă folosind un filtru de hârtie este dezavantajoasă prin faptul că se desfășoară foarte încet și lichidul se lipeste întotdeauna de reziduul filtrului. Acest lucru poate fi îmbunătățit prin lucrul cu biberoanele și pâlnii Büchner.
Prin utilizarea unei pompe de vid și a presiunii negative rezultate, filtrarea este mult mai rapidă și reziduurile filtrului sunt uscate de aerul aspirat.

Filtrarea oferă posibilități suplimentare de separare cu ajutorul anumitor Membranele cu o dimensiune a porilor foarte mică (filtru molecular). De exemplu, moleculele de apă sau alte molecule mici sunt permise prin aceste filtre, dar impuritățile (în unele cazuri chiar sărurile solubile) sunt reținute.
Domeniile de aplicare pentru acest proces sunt, de exemplu, desalinizarea apei de mare pentru producerea apei potabile, dar și purificarea sângelui pacienților cu rinichi deteriorat prin dializă. Și în producția de bere fără alcool alcoolul este separat printr-o membrană.

Exemple de aplicare a filtrării lichidelor:

Filtrarea ceaiului și cafelei preparate
Separarea solidului și lichidului în laborator sau în tehnologie pentru a obține o substanță sintetizată
Purificarea uleiului de măsline presat la rece prin filtrare
Desalinizarea apei de mare
Dializa la pacienții cu rinichi

Exemple de filtrare a solidelor din gaze:

Separarea particulelor de funingine de gazele de eșapament ale motoarelor diesel prin filtrele de particule de funingine
Separarea polenului și a altor particule solide de aer folosind un filtru de polen în sistemele de aer condiționat
Separarea prafului și a prafului fin utilizând filtre de praf în laboratoarele de înaltă tehnologie pentru producția de așchii
Separarea prafului și a aerului prin filtrul din aspirator

Tija de sticlă aplicată împiedică stropirea soluției în timpul filtrării simple.

Decantare

Principiu de bază: Separarea unui lichid și a unui solid insolubil în acesta datorită densităților diferite.

Dacă un solid insolubil s-a instalat sub un lichid, astfel încât se formează două straturi, lichidul de deasupra (supernatantul) poate fi turnat cu atenție (Fig. 2). Cu toate acestea, amestecul nu poate fi complet separat prin decantare, deoarece o parte a lichidului aderă întotdeauna la solid și adesea unele particule solide pot fi detectate și în lichidul turnat.

Exemple de aplicații:

Pe șantierele de construcție, amestecurile de apă-nisip sunt de obicei separate prin decantare (turnare)
Se toarnă zațul de cafea sau ceaiul preparat în ceașcă sau în oală
Vinurile de calitate sunt decantate înainte de a fi consumate pentru a separa orice sediment (piatră albă) care ar putea fi prezent
Turnarea unei soluții peste un precipitat puțin solubil z. B. Carbonat de calciu în laborator

La decantare, soluția supernatantă este separată de un sediment solid sau de un lichid cu densitate mai mare.

Șapte

Principiu de bază: Separarea solidelor datorită diferitelor mărimi ale granulelor

Separarea are loc prin turnarea amestecului de substanță peste unul sau mai multe site cu o dimensiune definită a găurilor (Fig. 3). Cernerea este de obicei accelerată prin agitarea sitelor.

Exemple de aplicații:

grătarul din șemineu sau aragaz este folosit pentru a separa combustibilul și cenușa
Determinarea proporțiilor nisipului fin și a altor componente dintr-o probă de sol prin cernerea probei folosind un set de site
Separarea pietrișului și a nisipului și producerea materialului de construcție adecvat cu o mărime a granulelor definită
Cernerea sedimentelor în timpul săpăturilor arheologice pentru recuperarea descoperirilor mai mici

Cernerea este în artă, de ex. B. să pregătească materiile prime de sinteză, de importanță.

Centrifugați

Principiul procedurii: Separarea substanțelor nemiscibile (în principal solide/lichide) datorită densității lor diferite și a forțelor centrifuge rezultate

Dacă un solid insolubil este foarte fin distribuit într-un lichid, separarea prin filtrare este adesea inadecvată. Solidul fin împărțit ar înfunda porii unei hârtii de filtru la viteza mică de filtrare. În acest caz se folosește o centrifugă. Acest dispozitiv generează forțe centrifuge printr-un număr mare de rotații, prin care particulele solide sunt presate pe fundul eprubetelor și astfel se separă de lichidul din eprubetă (Fig. 4). După îndepărtarea eprubetelor, puteți pur și simplu decanta lichidul.

Exemple de aplicații:

Rotiți rufele umede (separând apa)
Aruncând miere pentru ao separa de fagure
Extragerea smântânii prin separarea grăsimii și a laptelui degresat în echipamente speciale (separatoare de degresare)
Separarea componentelor sanguine celulare de plasma sanguină în medicină
separarea rapidă a unui precipitat cum ar fi clorura de argint de o soluție apoasă

Forța centrifugă din centrifuga rotativă face separarea solidelor și lichidelor mult mai eficientă decât cu simpla decantare, unde acționează doar gravitația.

Depozit

Principiul procedurii: Separarea substanțelor (adesea lichide) care nu sunt solubile între ele datorită densităților diferite

Dacă două lichide sunt insolubile una în cealaltă, se formează două faze când se separă. Stratul inferior conține întotdeauna lichidul cu densitatea mai mare, stratul superior lichidul cu densitatea mai mică. Folosind o pâlnie separatoare, astfel de amestecuri de substanțe pot fi ușor separate în laborator (Fig. 5).

Exemple de aplicații:

Separarea reziduurilor de benzină/ulei și apă cu ajutorul unui separator adecvat în spălătorii auto
Separarea reziduurilor grase și a apei prin separatoare speciale de grăsime în bucătăriile mari
Separarea sosului apos și a grăsimii în sosuri cu ajutorul unor feluri speciale de sos

Separarea a două lichide nesolubile utilizând o pâlnie de separare

Extrage

Principiu de bază: Separarea amestecurilor de substanțe datorită solubilității diferite a substanțelor pure conținute într-un solvent

Extracția profită de solubilitatea diferită a componentelor conținute în amestec într-un solvent adecvat (Fig. 6). Solventul (apă, alcool sau alți solvenți organici) ar trebui să dizolve un component cât mai bine posibil și celălalt cât mai puțin posibil. Extractul obținut poate fi utilizat direct sau prelucrat în continuare, de ex. B. prin recuperarea solventului și separarea substanței pure conținute în extract. Acest lucru are avantajul că solventul (adesea scump) poate fi utilizat din nou.
De exemplu, solidele solubile pot fi extrase din alte solide sau lichide.

Exemple de aplicare de extracție solid-lichid:

Prepararea ceaiului sau a cafelei (apă solventă)
Dizolvarea zahărului din sfecla de zahăr (apă solventă)
Producerea extractelor de plante medicinale din plante medicinale pentru producerea medicamentelor (solvenții adesea alcool)
Extragerea parfumurilor din părți ale plantelor (de exemplu, petale de trandafir) cu ajutorul grăsimilor inodore (așa-numitul enfleurage)
Tratarea reziduurilor de presare care apar în timpul producției de ulei de măsline presat la rece cu solvenți - acest lucru permite, de asemenea, recuperarea uleiului rămas
Decofeinizarea cafelei folosind dioxid de carbon lichefiat sub presiune

Pe de altă parte, extracția poate separa, de asemenea, un amestec de substanțe lichide. În principal, această procedură este apelată în laborator „Se agită” desemnat. În acest scop, la amestec se adaugă un solvent (extractant), în care o componentă se dizolvă bine. Agitarea puternică va separa componenta dorită de amestecul original prin dizolvarea acestuia în solvent. După formarea a două faze, fazele pot fi separate folosind o pâlnie de separare.

Exemple de aplicare de extracție lichid-lichid:

Separarea grăsimilor de emulsii, cum ar fi laptele, folosind solvenți organici (de exemplu, spirt alb)
Separarea amestecurilor lichide care sunt foarte sensibile la temperatură, de ex. B. în biotehnologie
Separarea benzenului, toluenului și xilenului în producția petrochimică de produse aromatice din benzina de piroliză

Extragerea ingredientelor din frunzele de ceai prin opărire cu apă fierbinte

Distilează

Principiu de bază: Separarea amestecurilor de substanțe lichide datorită presiunilor de vapori diferite sau temperaturilor de fierbere

În timpul distilării, volatilitatea diferită a substanțelor pure conținute în amestec este utilizată pentru separare. Aceste amestecuri sunt soluții (în principal amestecuri de substanțe lichide sau amestecuri de substanțe solide și lichide). Când se încălzește într-un aparat de distilare (Fig. 7), substanța cu temperatura de fierbere mai mică se evaporă mai întâi, se condensează pe răcitor și poate fi colectată într-un receptor. Temperaturile de fierbere ale substanțelor din amestec ar trebui să fie relativ depărtate, astfel încât procesul să poată fi utilizat.

Cerere:

Separarea uleiurilor esențiale (parfumuri) de părți ale plantelor prin distilare cu abur
Separarea alcoolului și a apei pentru prepararea băuturilor rezistente, cum ar fi whisky și coniac
Desalinizarea apei de mare în sisteme adecvate și extragerea apei potabile
Purificarea produselor de sinteză organică în laborator
Reciclarea solvenților contaminați în industrie

Distilarea fracționată este o variantă specială, este utilizată pentru a separa substanțele ale căror puncte de fierbere sunt apropiate unele de altele (aprox. 5-10 ° C) de un amestec. Aici, aburul nu numai că este format din substanța cu punctul de fierbere inferior, există și proporții mai mult sau mai puțin mari ale substanțelor cu punctul de fierbere mai mare în abur, în funcție de diferența de punct de fierbere.
Pentru separare se folosește o coloană atașată la alambic. În aceasta aburul se răcește încet și se condensează continuu parțial.
Aburul în creștere ia de preferință acum substanța cu punctul de fierbere inferior din condensul care curge în jos și, dimpotrivă, condensul spală substanța cu fierbere mai mare din abur. În acest fel, substanța cu fierbere inferioară se acumulează din ce în ce mai mult în coloană și poate fi distilată pură.

Prin creșterea temperaturii în balonul de distilare, mai multe substanțe (fracțiuni) pot fi distilate una după alta într-o serie crescândă de puncte de fierbere.

Exemple de aplicații:

Distilarea țițeiului și recuperarea diferitelor fracțiuni de petrol pentru prelucrare ulterioară
distilarea fracționată a aerului lichid pentru extragerea gazelor nobile pe lângă azot și oxigen