Преглед на процесите на разделяне и тяхното приложение в химията в учебните помагала за студентски лексикон по химия

Повечето органични и неорганични вещества се срещат естествено като смеси от вещества. И в химическата промишленост изходните материали и реакционните продукти на синтеза на вещества често са замърсени вещества. Ето защо процесите за разделяне на веществата са изключително важни. Подобни процеси на разделяне срещаме изненадващо често в ежедневието.
Разделянето на смесите от вещества се основава на използването на различните физични и химични свойства на чистите вещества.

Класови тестове - основни вещества и смеси от вещества

# Смесване # смеси # отделен # чист материал # смес от вещества # хомогенна смес # хетерогенна # хомогенна # разтвор # сплав # масаж # граници на фазите

Хомогенни и хетерогенни смеси

# Смесване # смеси # отделно # чисто вещество # смес от вещества

Водни разтвори

# Разтвор # разтворител # соли # мазнини # модел на частици # разтворимост # твърди вещества # утайка # наситен разтвор

Филтър

Основен принцип: Разделяне на смеси от вещества от вещества с различни агрегатни състояния поради различен размер на частиците

Ако трябва да се отдели течност от твърдо вещество, което е неразтворимо в нея, се избира филтрация. Течността, която се състои от много малки частици, протича през филтърната хартия или филтърната кърпа без проблеми (фиг. 1). Обърнете внимание на размера на порите на използвания филтър. Остава филтърният остатък, състоящ се от по-големи частици.
Описаното просто филтриране с помощта на хартиен филтър е неблагоприятно, тъй като протича много бавно и течността винаги се придържа към остатъка от филтъра. Това може да се подобри чрез работа с бутилки за хранене и фунии на Büchner.
Чрез използване на вакуумна помпа и полученото отрицателно налягане, филтрирането става много по-бързо и остатъците от филтъра се изсушават от въздуха, всмукан в.

Филтрацията предлага допълнителни възможности за разделяне с помощта на определени Мембрани с много малък размер на порите (молекулярен филтър). Например през тези филтри се допускат водни молекули или други малки молекули, но се задържат примеси (в някои случаи дори разтворими соли).
Области на приложение за този процес са например обезсоляването на морска вода за производството на питейна вода, но също така и пречистването на кръвта на пациенти с увредени бъбреци чрез диализа. При производството на безалкохолна бира алкохолът също се отделя чрез мембрана.

Примери за приложение на филтрацията на течности:

Филтриране на сварен чай и кафе
Разделяне на твърдо и течно вещество в лабораторията или в технологията за получаване на синтезирано вещество
Пречистване на студено пресовано зехтин чрез филтриране
Опресняване на морска вода
Диализа при бъбречно болни

Примери за филтриране на твърди вещества от газове:

Частиците сажди се отделят от отработените газове на дизеловите двигатели чрез филтри за сажди
Отделяне на полени и други твърди частици от въздуха с помощта на поленов филтър в климатичните системи
Разделяне на прах и фин прах с помощта на прахови филтри във високотехнологични лаборатории за производство на чипове
Разделяне на прах и въздух през филтъра в прахосмукачката

Нанесеният стъклен прът предотвратява разпръскването на разтвора по време на просто филтриране.

Декантиране

Основен принцип: Разделяне на течност и твърдо неразтворимо в нея поради различна плътност.

Ако неразтворимо твърдо вещество се е утаило под течност, така че да се образуват два слоя, течността отгоре (супернатантата) може внимателно да се излее (фиг. 2). Сместа обаче не може да бъде напълно отделена чрез преливане, тъй като част от течността винаги се придържа към твърдото вещество и често в твърдата течност могат да бъдат открити и някои твърди частици.

Примери за приложение:

На строителните площадки водно-пясъчните смеси обикновено се разделят чрез преливане (изливане)
Изливане на утайка от кафе или чай, приготвен в чашата или в тенджерата
Качествените вина се декантират преди да се консумират, за да се отделят всякакви утайки (бял камък), които могат да присъстват
Изливане на разтвор върху трудно разтворима утайка z. Б. Калциев карбонат в лабораторията

При декантирането разтворът на супернатанта се отделя от твърда утайка или от течност с по-висока плътност.

седем

Основен принцип: Разделяне на твърди вещества поради различни зърнени размери

Разделянето става чрез изливане на сместа от вещества върху едно или повече сита с определен размер на отворите (фиг. 3). Пресяването обикновено се ускорява чрез разклащане на ситата.

Примери за приложение:

решетката в камината или печката се използва за отделяне на гориво и пепел
Определяне на пропорциите на фин пясък и други компоненти в почвена проба чрез пресяване на пробата с помощта на сито
Разделяне на чакъл и пясък и производство на подходящ строителен материал с определен размер на зърната
Пресяване на седименти по време на археологически разкопки за извличане на по-малки находки

Пресяването е в изкуството, напр. Б. да подготви изходните материали на синтеза, което е важно.

Центрофуга

Принцип на процедурата: Разделяне на несмесващи се вещества (предимно твърди/течни) поради различната им плътност и произтичащите центробежни сили

Ако неразтворимо твърдо вещество е много фино разделено в течност, разделянето чрез филтриране често е неподходящо. Фино разделеното твърдо вещество би запушило порите на филтърна хартия при ниска скорост на филтриране. В този случай се използва центрофуга. Това устройство генерира центробежни сили чрез голям брой обороти, чрез които твърдите частици се притискат към дъното на епруветките и по този начин се отделят от течността в епруветката (фиг. 4). След като извадите епруветките, можете просто да прелеете течността.

Примери за приложение:

Въртене на мокро пране (отделяне на вода)
Хвърляне на мед, за да го отделите от пчелната пита
Екстракция на сметана чрез отделяне на мазнини и обезмаслено мляко в специално оборудване (обезмаслени сепаратори)
Разделяне на клетъчните кръвни съставки от кръвната плазма в медицината
бързо отделяне на утайка като сребърен хлорид от воден разтвор

Центробежната сила във въртящата се центрофуга прави разделянето на твърди вещества и течности много по-ефективно, отколкото при простото преливане, където действа само гравитацията.

Депозит

Принцип на процедурата: Разделяне на вещества (често течности), които не са разтворими един в друг поради различна плътност

Ако две течности са неразтворими една в друга, при отделянето им се образуват две фази. Долният слой винаги съдържа течността с по-висока плътност, а горният слой течността с по-ниска плътност. С помощта на разделителна фуния такива смеси от вещества могат лесно да се разделят в лабораторията (фиг. 5).

Примери за приложение:

Разделяне на остатъци от бензин/масло и вода с помощта на подходящ сепаратор в автомивките
Разделяне на мастни остатъци и вода чрез специални сепаратори на мазнини в големи кухни
Разделяне на воден сос и мазнина в подправки с помощта на специални тенджери

Разделяне на две неразтворими течности с помощта на разделителна фуния

Екстракт

Основен принцип: Разделяне на смеси от вещества поради различната разтворимост на съдържащите се чисти вещества в разтворител

Екстракцията се възползва от различната разтворимост на компонентите, съдържащи се в сместа, в подходящ разтворител (фиг. 6). Разтворителят (вода, алкохол или други органични разтворители) трябва да разтваря единия компонент възможно най-добре, а другия възможно най-слабо. Полученият екстракт може да бъде използван директно или допълнително обработен, напр. Б. чрез възстановяване на разтворителя и отделяне на чистото вещество, съдържащо се в екстракта. Това има предимството, че (често скъпият) разтворител може да се използва отново.
Например, разтворимите твърди вещества могат да бъдат извлечени от други твърди вещества или течности.

Примери за приложение на твърдо-течна екстракция:

Приготвяне на чай или кафе (вода с разтворител)
Разтваряне на захар от захарно цвекло (вода с разтворител)
Производство на лечебни растителни екстракти от билки за производство на лекарства (разтворители, често алкохол)
Извличане на аромати от части от растения (напр. Листенца от роза) с помощта на мазнина без мирис (т.нар. Enfleurage)
Обработка на остатъците от пресоване, които възникват при производството на студено пресовано зехтин с разтворители - това позволява да се възстанови останалото масло
Обезкосмяване на кафе с използване на втечнен въглероден диоксид под налягане

От друга страна, екстракцията също може да отдели смес от течни вещества. Предимно тази процедура се нарича в лабораторията "Разклатете" определен. За тази цел към сместа се добавя разтворител (екстрагент), в който даден компонент се разтваря добре. Енергично разклащане отделя желания компонент от оригиналната смес, като я разтваря в разтворителя. След образуването на две фази, фазите могат да бъдат разделени в разделителна фуния.

Примери за приложение на екстракция течност-течност:

Отделяне на мазнини от емулсии като мляко с използване на органични разтворители (напр. Бял спирт)
Разделяне на течни смеси, които са много чувствителни към температурата, напр. Б. в биотехнологиите
Разделяне на бензен, толуен и ксилол в нефтохимичното производство на ароматични вещества от пиролизен бензин

Извличане на съставките от чаени листа чрез попарване с гореща вода

Дестилирайте

Основен принцип: Разделяне на смеси от течни вещества поради различни налягания на парите или температури на кипене

По време на дестилацията се използва различната летливост на чистите вещества, съдържащи се в сместа, за разделяне. Тези смеси са разтвори (най-вече смеси от течни вещества или смеси от твърди и течни вещества). При нагряване в апарат за дестилация (фиг. 7), веществото с по-ниска температура на кипене първо се изпарява, кондензира върху охладителя и може да се събира в приемник. Температурите на кипене на веществата в сместа трябва да са относително отдалечени, за да може да се използва процесът.

Приложение:

Отделяне на етерични масла (аромати) от растителни части чрез парна дестилация
Разделяне на алкохол и вода за приготвяне на високоустойчиви напитки като уиски и ракия
Обезсоляване на морска вода в подходящи системи и добив на питейна вода
Пречистване на продуктите от органичен синтез в лаборатория
Рециклиране на замърсени разтворители в промишлеността

Фракционната дестилация е специален вариант, който се използва за отделяне на вещества, чиито точки на кипене са близки една до друга (приблизително 5-10 ° C), от смес. Тук парата не само се състои от веществото с по-ниска точка на кипене, има и повече или по-големи пропорции на вещества с по-висока точка на кипене в парата в зависимост от разликата в температурата на кипене.
За отделяне се използва колона, прикрепена към апарата. При това парата бавно се охлажда и непрекъснато частично кондензира.
Нарастващата пара сега за предпочитане отнема веществото с по-ниска точка на кипене със себе си от изтичащия кондензат и обратно, кондензатът измива веществото с по-високо кипене от парата. По този начин веществото с ниско кипене се натрупва все повече в колоната и може да се дестилира чисто.

Чрез повишаване на температурата в дестилационната колба, няколко вещества (фракции) могат да се дестилират едно след друго с увеличаване на температурите на кипене.

Примери за приложение:

Дестилация на суров нефт и извличане на различните нефтени фракции за по-нататъшна преработка
фракционна дестилация на течен въздух за извличане на благородни газове в допълнение към азота и кислорода