Способы разделения смесей

Раз компоненты смеси сохраняют свои свойства, смесь можно разделить, не превращая одни вещества в другие. Для этого находят свойство, которым компоненты отличаются друг от друга: растворимость и размер частиц, плотность, температуру кипения, способность притягиваться магнитом. Разделять смеси приходится и в лаборатории, и на заводах, и дома: так очищают воду, добывают соль, получают бензин из нефти.

Отстаивание

Отстаивание основано на разной плотности компонентов. Если оставить в покое смесь речного песка или глины с водой, тяжёлые частицы постепенно осядут на дно, а над осадком останется прозрачная вода. Воду осторожно сливают с осадка; этот приём называют декантацией. Так же расслаиваются жидкости, которые не смешиваются друг с другом. Растительное масло легче воды, поэтому оно собирается над водой отдельным слоем.

Две несмешивающиеся жидкости разделяют с помощью делительной воронки — стеклянной воронки с краном внизу. Смесь наливают в воронку и ждут, пока она расслоится. Затем открывают кран, и нижний, более тяжёлый слой воды стекает в стакан. Когда граница слоёв дойдёт до крана, кран закрывают, и масло остаётся в воронке.

Фильтрование

Фильтрование отделяет нерастворимые твёрдые частицы от жидкости. Смесь пропускают через фильтр — пористый материал, например фильтровальную бумагу, вату или слой песка. Жидкость вместе с растворёнными в ней веществами проходит через поры, а крупные частицы твёрдого вещества задерживаются на фильтре. Прозрачную жидкость, прошедшую через фильтр, называют фильтратом. В лаборатории бумажный фильтр складывают конусом и вкладывают в стеклянную воронку, а смесь наливают по стеклянной палочке так, чтобы уровень жидкости оставался ниже края фильтра.

Фильтр задерживает только то, что не растворилось. Раствор соли или сахара проходит через фильтр целиком, поэтому фильтрованием растворённое вещество от воды не отделить. В быту на том же принципе основано действие сита, дуршлага, пылесоса и воздушных фильтров.

Выпаривание и кристаллизация

Чтобы выделить из раствора растворённое твёрдое вещество, используют выпаривание. Раствор нагревают в фарфоровой чашке. Вода испаряется, а нелетучее вещество, например поваренная соль, остаётся в чашке в виде кристаллов. Если раствор не выпаривать досуха, а медленно охлаждать его или дать воде медленно испариться, растворённое вещество выделится в виде крупных правильных кристаллов. Такой способ называют кристаллизацией; им очищают соли от примесей. При выпаривании вода уходит в воздух, поэтому так получают только растворённое вещество, а воду сохранить нельзя.

Дистилляция

Дистилляция, или перегонка, основана на разных температурах кипения веществ. Смесь нагревают в колбе. Вещество с более низкой температурой кипения первым превращается в пар. Пар попадает в холодильник — трубку, которую снаружи охлаждает проточная вода, — снова превращается в жидкость и стекает в приёмник. Так из водопроводной воды получают дистиллированную: вода испаряется и собирается в приёмнике, а растворённые соли остаются в колбе. Перегонкой разделяют смесь спирта, который кипит при 78 °C, и воды, а в промышленности — нефть на бензин, керосин и другие фракции (тема 6.4).

Действие магнита и другие способы

Если один из компонентов притягивается магнитом, смесь разделяют действием магнита (этот способ называют магнитной сепарацией). Так отделяют железные опилки от серы, песка или древесных опилок. В промышленности магнитами отделяют железную руду от пустой породы и извлекают железный лом из мусора.

Существуют и другие способы. Просеиванием разделяют частицы разного размера, например крупу и муку. Флотация основана на разной смачиваемости частиц: частицы руды прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с пеной, а пустая порода тонет. Хроматография разделяет вещества по тому, насколько прочно они удерживаются на поверхности твёрдого вещества, например бумаги или порошка мела.

Все способы удобно свести в таблицу. Выбирая способ, всегда спрашивайте себя, каким свойством различаются компоненты смеси.

Разделение в несколько этапов

Часто одного способа недостаточно, и смесь разделяют в несколько этапов. Разберём смесь поваренной соли с речным песком. Соль растворяется в воде, а песок нет. Поэтому смесь сначала заливают водой и перемешивают: соль переходит в раствор, а песок остаётся твёрдым. Затем смесь фильтруют, и песок задерживается на фильтре. Наконец фильтрат выпаривают, и в чашке остаётся соль. Порядок действий важен: если сразу выпаривать смесь соли, песка и воды, соль останется вместе с песком.

Если в той же смеси есть ещё и железные опилки, начинают с магнита, пока смесь сухая: железо извлекают первым, а соль и песок разделяют уже описанным способом.