Meie artiklis käsitleme puhtaid aineid ja segusid ning segude eraldamise meetodeid. Igaüks meist kasutab neid igapäevaelus. Kas puhtaid aineid looduses üldse esineb? Ja kuidas neid segudest eristada?
Puhtad ained ja segud: segude eraldamise viisid
Puhtad ained on ained, mis sisaldavad ainult teatud tüüpi osakesi. Teadlased usuvad, et looduses neid praktiliselt ei eksisteeri, kuna need kõik, ehkki tühises proportsioonis, sisaldavad lisandeid. Absoluutselt kõik ained lahustuvad ka vees. Isegi kui sellesse vedelikku kastetakse näiteks hõbesõrmus, lähevad selle metalli ioonid lahusesse.
Puhaste ainete tunnuseks on koostise ja füüsikaliste omaduste püsivus. Nende moodustumise käigus toimub energiahulga muutus. Lisaks võib see nii suureneda kui ka väheneda. Puhast ainet saab üksikuteks komponentideks eraldada ainult keemilise reaktsiooni teel. Näiteks ainult destilleeritud veele on selle aine jaoks tüüpiline keemis- ja külmumistemperatuur,maitse ja lõhna puudumine. Ja selle hapnikku ja vesinikku saab lagundada ainult elektrolüüsi teel.
Ja kuidas erinevad nende agregaadid puhastest ainetest? Keemia aitab meil sellele küsimusele vastata. Segude eraldamise meetodid on füüsikalised, kuna need ei muuda ainete keemilist koostist. Erinev alt puhastest ainetest on segudel erinev koostis ja omadused ning neid saab eraldada füüsikaliste meetoditega.
Mis on segu
Segu on üksikute ainete kogum. Näiteks on merevesi. Erinev alt destilleeritud on see mõru või soolase maitsega, keeb kõrgemal temperatuuril ja külmub madalamal temperatuuril. Ainete segude eraldamise meetodid on füüsikalised. Seega saab mereveest puhast soola saada aurustamise ja sellele järgneva kristallimise teel.
Segude tüübid
Kui lisate vette suhkrut, siis mõne aja pärast selle osakesed lahustuvad ja muutuvad nähtamatuks. Seetõttu ei saa neid palja silmaga eristada. Selliseid segusid nimetatakse homogeenseteks või homogeenseteks. Nende näideteks on ka õhk, bensiin, puljong, parfüüm, magus ja soolane vesi ning vase ja alumiiniumi sulam. Nagu näete, võivad homogeensed segud olla erinevates agregatsiooniseisundites, kuid kõige tavalisemad on vedelikud. Neid nimetatakse ka lahendusteks.
Heterogeensetes või heterogeensetes segudes saab eristada üksikute ainete osakesi. Tüüpilised näited on raua- ja puiduviilud, liiv ja lauasool. Heterogeenseid segusid nimetatakse ka suspensioonideks. Nende hulgas eristatakse suspensioone ja emulsioone. Esimene koosneb vedelast ja tahkest ainest. Niisiis, emulsioon on vee ja liiva segu. Emulsioon on kahe erineva tihedusega vedeliku kombinatsioon.
Seal on erinimedega heterogeenseid segusid. Vahu näiteks on vaht ja aerosoolide hulka kuuluvad udu, suits, deodorandid, õhuvärskendajad ja antistaatilised ained.
Segude eraldamise meetodid
Muidugi on paljudel segudel väärtuslikumad omadused kui üksikutel neid moodustavatel ainetel. Kuid isegi igapäevaelus tuleb ette olukordi, kus nad tuleb eraldada. Ja tööstuses põhinevad sellel protsessil terved tööstused. Näiteks naftast saadakse selle töötlemise tulemusena bensiini, gaasiõli, petrooleumi, kütteõli, päikeseõli ja masinaõli, raketikütust, atsetüleeni ja benseeni. Nõus, neid tooteid on tulusam kasutada kui arutu õli põletamine.
Nüüd vaatame, kas on olemas sellist asja nagu keemilised meetodid segude eraldamiseks. Oletame, et peame saama puhtad ained soola vesilahusest. Selleks tuleb segu kuumutada. Selle tulemusena muutub vesi auruks ja sool kristalliseerub. Kuid samal ajal ei muutu üks aine teiseks. See tähendab, et selle protsessi aluseks on füüsikalised nähtused.
Segude eraldamise meetodid sõltuvad agregatsiooni olekust, lahustumisvõimest, keemistemperatuuri erinevusest, tihedusest ja selle komponentide koostisest. Vaatleme igaüks neist üksikasjalikum altnäited.
Filtreerimine
See eraldusmeetod sobib vedelikku ja lahustumatut tahket ainet sisaldavate segude jaoks. Näiteks vesi ja jõeliiv. See segu tuleb lasta läbi filtri. Selle tulemusel voolab puhas vesi sellest vab alt läbi ja liiv jääb alles.
Arveldamine
Mõned segude eraldamise meetodid põhinevad gravitatsioonil. Seega saab suspensioone ja emulsioone lagundada puhasteks aineteks. Kui taimeõli satub vette, tuleb segu esm alt loksutada. Seejärel jätke see mõneks ajaks seisma. Selle tulemusena jääb vesi anuma põhja ja õli katab selle kile kujul.
Laboratoorsetes tingimustes kasutatakse settimiseks jaotuslehtrit. Selle töö tulemusena tühjendatakse anumasse tihedam vedelik, samas kui hele jääb alles.
Arveldamist iseloomustab protsessi aeglane kiirus. Sademe moodustumine võtab teatud aja. Tööstustingimustes kasutatakse seda meetodit spetsiaalsetes struktuurides, mida nimetatakse settepaakideks.
Tegevus magnetiga
Kui segu sisaldab metalli, saab selle magneti abil eraldada. Näiteks eraldage raud- ja puiduviilud. Kuid kas kõigil metallidel on need omadused? Üldse mitte. Selle meetodi jaoks sobivad ainult ferromagneteid sisaldavad segud. Lisaks rauale on nendeks nikkel, koob alt, gadoliinium, terbium, düsproosium, holmium, erbium.
Destilleerimine
See on pealkiriladina keelest tõlgituna tähendab "tilkade äravool". Destilleerimine on segude eraldamise meetod, mis põhineb ainete keemispunktide erinevusel. Seega saab isegi kodus alkoholi ja vee eraldada. Esimene aine hakkab aurustuma juba temperatuuril 78 kraadi Celsiuse järgi. Külma pinda puudutades alkoholiaur kondenseerub, muutudes vedelaks.
Tööstuses saadakse sel viisil nafta rafineerimistooteid, aromaatseid aineid, puhtaid metalle.
Aurustumine ja kristalliseerumine
Need eraldusmeetodid sobivad vedelate lahuste jaoks. Nende koostist moodustavad ained erinevad keemistemperatuuri poolest. Seega on võimalik saada soola või suhkru kristalle veest, milles need on lahustunud. Selleks lahused kuumutatakse ja aurustatakse küllastunud olekusse. Sel juhul kristallid sadestuvad. Kui on vaja saada puhast vett, lastakse lahus keema, millele järgneb aurude kondenseerimine külmemale pinnale.
Gaasisegude eraldamise meetodid
Gaasisegud eraldatakse labori- ja tööstusmeetoditega, kuna see protsess nõuab spetsiaalseid seadmeid. Loodusliku päritoluga tooraineks on õhk, koks, generaator, assotsieerunud ja maagaas, mis on süsivesinike segu.
Gaasilises olekus segude eraldamise füüsikalised meetodid on järgmised:
- Kondensatsioon on järkjärguline protsesssegu jahutamine, mille käigus toimub selle komponentide kondenseerumine. Sel juhul lähevad ennekõike kõrge keemistemperatuuriga ained, mis kogutakse separaatoritesse, vedelasse olekusse. Sel viisil saadakse koksiahju gaasist vesinik ja ammoniaak eraldatakse ka segu reageerimata osast.
- Sorptsioon on teatud ainete imendumine teiste poolt. Sellel protsessil on vastandlikud komponendid, mille vahel tekib reaktsiooni käigus tasakaal. Edasi- ja tagasikäik nõuavad erinevaid tingimusi. Esimesel juhul on see kõrge rõhu ja madala temperatuuri kombinatsioon. Seda protsessi nimetatakse sorptsiooniks. Vastasel juhul kasutatakse vastupidiseid tingimusi: madal rõhk kõrgel temperatuuril.
- Membraanide eraldamine on meetod, mille puhul kasutatakse poolläbilaskvate vaheseinte omadust erinevate ainete molekulide valikuliseks läbimiseks.
- Refluksatsioon - segude kõrge keemistemperatuuriga osade kondenseerumisprotsess nende jahutamise tulemusena. Sel juhul peaks üksikute komponentide üleminekutemperatuur vedelasse olekusse oluliselt erinema.
Kromatograafia
Selle meetodi nime võib tõlkida kui "kirjutan värviga". Kujutage ette, et veele lisatakse tinti. Kui langetada filterpaberi ots sellisesse segusse, hakkab see imenduma. Sel juhul imendub vesi kiiremini kui tint, mis on seotud nende ainete erineva sorptsiooniastmega. Kromatograafia ei ole mitte ainult segude eraldamise meetod, vaid ka meetod ainete selliste omaduste nagu difusioon ja lahustuvus uurimiseks.
Nii me kohtusimeselliste mõistetega nagu "puhtad ained" ja "segud". Esimesed on elemendid või ühendid, mis koosnevad ainult teatud tüüpi osakestest. Nende näideteks on sool, suhkur, destilleeritud vesi. Segud on üksikute ainete kogum. Nende eraldamiseks kasutatakse mitmeid meetodeid. Nende eraldamise viis sõltub selle koostisosade füüsikalistest omadustest. Peamised on settimine, aurustamine, kristallimine, filtreerimine, destilleerimine, magnetiseerimine ja kromatograafia.
