Действие магнитом в химии это кратко
Обновлено: 05.07.2024
Для выделения из неоднородной смеси веществ способных к намагничиванию. . к примеру смесь порошка железа и серы..
В химии? Для разделения руд и металлолома. Для выделения гетерогенных катализаторов из реакционных смесей.
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Магнитными свойствами обладают в той или иной мере все материалы, так как эти свойства являются отражением структурных закономерностей, присущих веществу на микроуровне. Особенности структуры обусловливают различия в магнитных свойствах веществ, то есть в характере их взаимодействия с магнитным полем.
Строение вещества и магнетизм
Микротоки в веществе действительно существуют благодаря движению электронов в атомах и создают магнитный момент. Кроме того, электроны имеют собственный магнитный момент квантовой природы.
Суммарный магнитный момент вещества, то есть совокупности элементарных токов в нем, в отношении к единице объема, определяет состояние намагниченности макроскопического тела. У большей части веществ моменты частиц ориентированы неупорядоченно (ведущую роль в этом играют тепловые хаотические колебания), и намагниченность практически равна нулю.
Поведение вещества в магнитном поле
При действии внешнего магнитного поля векторы магнитных моментов частиц изменяют направление – тело намагничивается, в нем появляется собственное магнитное поле. Характер этого изменения и его интенсивность, определяющие магнитные свойства веществ, обусловлены различными факторами:
- особенности структуры электронных оболочек в атомах и молекулах вещества;
- межатомные и межмолекулярные взаимодействия;
- особенности структуры кристаллических решеток (анизотропия);
- температура вещества;
- напряженность и конфигурация магнитного поля и так далее.
Намагниченность вещества пропорциональна напряженности магнитного поля в нем. Их соотношение определяется особым коэффициентом – магнитной восприимчивостью. У вакуума она равна нулю, у некоторых веществ отрицательна.
Величину, характеризующую соотношение магнитной индукции и напряженности поля в веществе, принято называть магнитной проницаемостью. В вакууме индукция и напряженность совпадают, и проницаемость его равна единице. Магнитную проницаемость вещества можно выражать как относительную величину. Это соотношение абсолютных значений ее для данного вещества и для вакуума (последняя величина принята в качестве магнитной постоянной).
Классификация веществ по магнитным свойствам
По типу поведения различных твердых материалов, жидкостей, газов в магнитном поле выделяют несколько групп:
- диамагнетики;
- парамагнетики;
- ферромагнетики;
- ферримагнетики;
- антиферромагнетики.
Основные магнитные характеристики вещества, лежащие в основе классификации – это магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость. Охарактеризуем основные свойства, присущие каждой группе.
Диамагнетики
В силу некоторых особенностей строения электронных облаков у атомов (или молекул) диамагнетиков нет магнитного момента. Он появляется при возникновении внешнего поля. Индуцированное, наведенное поле имеет противоположное направление, и результирующее поле оказывается несколько слабее, чем внешнее. Правда, разница эта не может быть существенной.
Магнитная восприимчивость диамагнетиков выражается отрицательными числами с порядком величины от 10 -4 до 10 -6 и не зависит от напряженности поля; магнитная проницаемость ниже, чем у вакуума, на тот же порядок величины.
Наложение неоднородного магнитного поля ведет к тому, что диамагнетик выталкивается этим полем, так как стремится сместиться в область, где поле слабее. На этой особенности магнитных свойств веществ данной группы основан эффект диамагнитной левитации.
Диамагнетики представляют обширную группу веществ. В нее входят такие металлы, как медь, цинк, золото, серебро, висмут. Также к ней относятся кремний, германий, фосфор, азот, водород, инертные газы. Из сложных веществ – вода, многие соли, органические соединения. Идеальные диамагнетики – это сверхпроводники. Магнитная проницаемость их равна нулю. Поле внутрь сверхпроводника проникнуть не может.
Парамагнетики
Принадлежащим к данной группе веществам свойственна положительная магнитная восприимчивость (очень невысокая, порядка 10 -5 – 10 -6 ). Намагничиваются они параллельно вектору накладываемого поля, то есть втягиваются в него, но взаимодействие парамагнетиков с ним очень слабое, как и у диамагнетиков. Магнитная проницаемость их близка к значению проницаемости вакуума, только слегка превосходит его.
В отсутствие внешнего поля парамагнетики, как правило, не обладают намагниченностью: их атомы имеют собственные магнитные моменты, но ориентированы они хаотически из-за тепловых колебаний. При низких температурах парамагнетики могут иметь собственную намагниченность малой величины, сильно зависящую от внешних воздействий. Однако влияние теплового движения слишком велико, вследствие чего элементарные магнитные моменты парамагнетиков никогда не устанавливаются точно по направлению поля. В этом и заключается причина их низкой магнитной восприимчивости.
Силы межатомного и межмолекулярного взаимодействия также играют значительную роль, способствуя либо, напротив, оказывая сопротивление упорядочиванию элементарных магнитных моментов. Это обусловливает большое разнообразие магнитных свойств вещества парамагнетиков.
К этой группе веществ относятся многие металлы, например вольфрам, алюминий, марганец, натрий, магний. Парамагнетиками являются кислород, соли железа, некоторые оксиды.
Ферромагнетики
Существует небольшая группа веществ, которые благодаря особенностям структуры обладают очень высокими магнитными свойствами. Первым металлом, у которого обнаружились эти качества, было железо, и благодаря ему данная группа получила наименование ферромагнетиков.
Строение ферромагнетиков характеризуется наличием особых структур – доменов. Это области, где намагниченность образуется спонтанно. Благодаря особенностям межатомного и межмолекулярного взаимодействия у ферромагнетиков устанавливается наиболее энергетически выгодное расположение атомных и электронных магнитных моментов. Они приобретают параллельную направленность по так называемым направлениям легкого намагничивания. Однако весь объем, например, кристалла железа не может приобрести однонаправленную самопроизвольную намагниченность – это повышало бы общую энергию системы. Поэтому система разбивается на участки, спонтанная намагниченность которых в ферромагнитном теле компенсирует друг друга. Так образуются домены.
Магнитная восприимчивость ферромагнетиков чрезвычайно велика, может составлять от нескольких десятков до сотен тысяч и в большой степени зависит от напряженности внешнего поля. Причина этого заключается в том, что ориентация доменов по направлению поля также оказывается энергетически выгодной. Направление вектора намагниченности части доменов обязательно совпадет с вектором напряженности поля, и энергия их будет наименьшей. Такие области разрастаются, и одновременно сокращаются невыгодно ориентированные домены. Намагниченность увеличивается, и нарастает магнитная индукция. Процесс происходит неравномерно, и график связи индукции с напряженностью внешнего поля называют кривой намагничивания ферромагнитного вещества.
При повышении температуры до некоторой пороговой величины, называемой точкой Кюри, доменное строение вследствие усиления теплового движения нарушается. В этих условиях ферромагнетик проявляет парамагнитные качества.
Помимо железа и стали, ферромагнитные свойства присущи кобальту и никелю, некоторым сплавам и редкоземельным металлам.
Ферримагнетики и антиферромагнетики
Двум видам магнетиков также свойственна доменная структура, но магнитные моменты в них ориентируются антипараллельно. Это такие группы, как:
- Антиферромагнетики. Магнитные моменты доменов в этих веществах равны по численному значению и взаимно скомпенсированы. По этой причине магнитные свойства материалов антиферромагнетиков характеризуются крайне низкой магнитной восприимчивостью. Во внешнем поле они проявляют себя как очень слабые парамагнетики. Выше пороговой температуры, называемой точкой Нееля, такое вещество становится обычным парамагнетиком. Антиферромагнетиками являются хром, марганец, некоторые редкоземельные металлы, актиноиды. Некоторые антиферромагнитные сплавы имеют две точки Нееля. Когда температура меньше нижнего порога, материал становится ферромагнитным.
- Ферримагнетики. У веществ этого класса величины магнитных моментов разных структурных единиц не равны, благодаря чему не происходит их взаимной компенсации. Магнитная восприимчивость их зависит от температуры и напряженности намагничивающего поля. К ферримагнетикам относятся ферриты, в состав которых входит оксид железа.
Понятие о гистерезисе. Постоянный магнетизм
Ферромагнитные и ферримагнитные материалы обладают свойством остаточной намагниченности. Это свойство обусловлено явлением гистерезиса – запаздывания. Суть его состоит в отставании изменения намагниченности материала от изменения внешнего поля. Если по достижении насыщения снижать напряженность поля, намагниченность будет меняться не в соответствии с кривой намагничивания, а более пологим образом, так как значительная часть доменов остается ориентирована соответственно вектору поля. Благодаря этому явлению существуют постоянные магниты.
Размагничивание происходит при перемене направления поля, при достижении им некоторой величины, называемой коэрцитивной (задерживающей) силой. Чем больше ее величина, тем лучше вещество удерживает остаточную намагниченность. Замыкание петли гистерезиса происходит при следующем изменении напряженности по направлению и величине.
Магнитная твердость и мягкость
Явление гистерезиса сильно влияет на магнитные свойства материалов. Вещества, у которых на графике гистерезиса петля расширена, требующие для размагничивания значительной коэрцитивной силы, называют магнитотвердыми, материалы с узкой петлей, гораздо легче поддающиеся размагничиванию – магнитомягкими.
В переменных полях магнитный гистерезис проявляется особенно ярко. Он всегда сопровождается выделением тепла. Кроме того, в переменном магнитном поле в магнетике возникают вихревые индукционные токи, выделяющие особенно много тепла.
Многие ферромагнетики и ферримагнетики применяются в оборудовании, функционирующем на переменном токе (например, сердечники электромагнитов) и при работе все время перемагничиваются. Для того чтобы уменьшить энергопотери на гистерезис и динамические потери на вихревые токи, в таком оборудовании применяют магнитомягкие материалы, такие как чистое железо, ферриты, электротехнические стали, сплавы (например, пермаллой). Есть и другие способы минимизировать потери энергии.
Магнитотвердые вещества, напротив, используются в оборудовании, работающем на постоянном магнитном поле. Они значительно дольше сохраняют остаточную намагниченность, но их труднее намагнитить до насыщения. Многие из них в настоящее время представляют собой композиты разных типов, например, металлокерамические или неодимовые магниты.
Еще немного об использовании магнитных материалов
Современные высокотехнологичные производства требуют применения магнитов, изготовляемых из конструкционных, в том числе композитных материалов с заданными магнитными свойствами веществ. Таковы, например, магнитные нанокомпозиты ферромагнетик-сверхпроводник или ферромагнетик-парамагнетик, используемые в спинтронике, или магнитополимеры – гели, эластомеры, латексы, феррожидкости, находящие самое широкое применение.
Различные магнитные сплавы тоже чрезвычайно востребованы. Сплав неодим-железо-бор характеризуется высокой устойчивостью к размагничиванию и мощностью: упомянутые выше неодимовые магниты, являясь наиболее мощными на сегодняшний день постоянными магнитами, применяются в самых разных отраслях, несмотря на наличие некоторых недостатков, таких как хрупкость. Их используют в магнитно-резонансных томографах, ветрогенераторах, при очистке технических жидкостей и подъеме тяжелых грузов.
Очень интересны перспективы использования антиферромагнетиков в низкотемпературных наноструктурах для изготовления ячеек памяти, позволяющих существенно увеличивать плотность записи без нарушения состояния соседних битов.
Надо полагать, что применение магнитных свойств веществ с заданными характеристиками будет все более расширяться и обеспечит серьезные технологические прорывы в разных областях.
Магнитные свойства вещества это д вижение электронов по орбите в атоме может рассматриваться как некоторый микроток. Можно считать, что спин электрона , равно как и поворот плоскости орбиты электрона по отношению к ядру, также эквивалентен некоторому микротоку. Все эти микротоки создают свои магнитные микрополя, которые, сумми руясь, образуют собственное элементарное магнитное поле атома.
Что такое магнитные свойства вещества
В некоторых случаях (при определенных числах электронов в атоме и соответствующих ориентировках их движения) отдельные микрополя в атоме могут взаимно компенсироваться и тогда атом собственного элементарного магнитного поля не образует.
Вещества, атомы которых имеют собственное элементарное магнитное поле (рис. 247, а), называются парамагнитными (или парамагнетиками).
Вещества, атомы которых собственного элементарного магнитного поля не имеют (рис. 247, б), называются диамагнитными (или диамагнетиками).
Тела состоящие как из диа-, так и парамагнитных веществ, немагнитны. Они собственного магнитного поля не образуют, так как в первом случае у атомов элементарные магнитные поля вообще отсутствуют, а во втором случае элементарные поля атомов имеют в массе вещества беспорядочную пространственную ориентировку, которая в процессе теплового движения все время меняется и поэтому они взаимно компенсируются.
Диамагнитные вещества
Диамагнетизм это универсальное явление, оно свойственно и парамагнетикам. Однако в последних внешнее магнитное поле вызывает одновременно также и другой эффект, называемый парамагнетизмом.
При этом ориентировка микротоков, в результате которой в атомах парамагнетиков создается собственное элементарное магнитное поле, изменяется так, что эти поля принимают направление, согласное с внешним полем.
Суммируясь, они образуют собственное магнитное поле вещества, которое направлено согласно с внешним полем и его усиливает (рис. 274, в). Этот эффект называется парамагнетизмом, причем у парамагнитных веществ он значительно сильнее диамагнитного эффекта, в связи с чем внешне только он и проявляется.
Если диамагнитное вещество поместить во внешнее магнитное поле, то на микротоки в его атомах со стороны поля будут действовать силы Лоренца, которые вызовут изменение пространственной ориентировки орбит электронов. В связи с этим (подробно этот вопрос здесь рассматривать не будем) у атомов появятся наведенные элементарные магнитные поля, направление которых обратно внешнему полю (правило Ленца).
В результате сложения этих элементарных полей образуется собственное магнитное поле вещества, направленное навстречу внешнего поля и его ослабляющее (рис. 247, г). На рисунке силовые линии обозначены: для внешнего поля — сплошным и для собственного поля вещества — пунктиром. Этот эффект называется диамагнетизмом и у диамагнетиков является единственным результатом действия внешнего поля.
Диамагнитные вещества
Если диамагнитное тело поднести к полюсам магнита, оно отталкивается (рис. 248, а), а будучи свободно подвешено, устанавливается перпендикулярно силовым линиям поля магнита. К диамагнитным телам относятся: вода, большая часть органических соединений (например, углеводы и белки), а также некоторые металлы (висмут, серебро, цинк и др.).
Если парамагнитное тело поднести к полюсам магнита, оно притягивается (рис. 248,б), а будучи свободно подвешено, устанавливается вдоль силовых линий поля магнита. К парамагнитным телам относятся газы, щелочные и щелочноземельные металлы и др.
Образование под действием внешнего поля собственного поля в ве ществе называется его намагничиванием. При намагничивании у большей части веществ собственное поле прямо пропорционально напряженности намагничивающего поля, а при прекращении его действия вещество воз вращается в исходное немагнитное состояние (см. рис. 247, а и б). Способ ность к намагничиванию у различных веществ отличается, однако у боль шинства как диамагнитных, так и парамагнитных тел она настолько мала, что практического значения не имеет.
Ферромагнетики
Особую группу составляют ферромагнетики (рис. 249, а). Они намагничиваются в сотни и тысячи раз сильнее парамагнетиков (рис. 249,б) и сохраняют собственное магнитное поле и после прекращения действия намагничивающего поля (рис. 249, в). Это явление называется остаточным намагничиванием и лежит в основе образования естественных или искусственных магнитов (в частности, и магнитных стрелок).
Кроме того, для них характерно явление магнитного насыщения, которое заключается в том, что при их намагничивании и постепенном увеличении напряженности внешнего поля собственное поле вещества сначала нарастает пропорционально внешнему, затем эта пропорциональность нарушается и, наконец, нарастание собственного поля прекращается: вещество находится в состоянии магнитного насыщения.
Свойства ферромагнетиков связаны с наличием в их природной структуре групп атомов, называемых доменами, которые уже имеют согласную ориентировку элементарных магнитных полей. Происходящая при намагничивании ориентировка полей самих доменов создает собственное поле вещества значительно более сильное, чем у прочих парамагнетиков, в которых происходит только частичная ориентировка элементарных полей атомов вещества. Ориентировка полей доменов в значительной мере сохраняется и после прекращения действия внешнего поля.
Такова природа остаточного намагничивания. Однако интенсивное тепловое движение может разрушить эту ориентировку, поэтому при высокой температуре ферромагнитные вещества теряют свои магнитные свойства. Состояние магнитного насыщения соответствует, по-видимому, наиболее полной возможной ориентировке полей доменов. К ферромагнетикам относятся железо, сталь, никель, кобальт и различные специальные сплавы.
Расчеты магнитных свойств веществ
Таким образом, магнитное поле, образующееся в веществе, представляет собой результат сложения двух полей: внешнего поля, создаваемого намагничивающим током (такое же поле образуется этим током и в вакууме), и собственного поля вещества, возникающего в результате намагничивания. Тогда магнитную индукцию В поля в веществе можно выразить как алгебраическую сумму индукции Вн намагничивающего поля (или индукции Вс поля, образуемого намагничивающим током в вакууме) и индукции Вс собственного поля вещества:
В = Вн + Вс = В0 + Вс = μ В0,
где μ = В/В0, есть величина, показывающая, в каком соотношении находится индукция поля, образованного в данном веществе с индукцией поля, возникающего в аналогичных условиях в вакууме. Эта величина называется относительной магнитной проницаемостью вещества и характеризует его способность к намагничиванию.
Принимая во внимание приведенное выше соотношение между магнитной индукцией В0 и напряженность поля Н0 в вакууме, можно указать аналогичное соотношение между магнитной индукцией В поля в веществе и напряженностью Н0 намагничивающего поля.
В = μ Н 0
В = μ0μН 0.
Относительная магнитная проницаемость μ, как это следует из выше изложенного, у диамагнетиков меньше единицы, хотя и близка к ней μд ≤1, у парамагнетиков — больше единицы μп ≥ 1 и у ферромагнетиков значительно больше единицы(может доходить до десятков тысяч, причем в связи с явлением магнитного насыщения величина ее зависит от напря женности поля, вызывающего намагничивание)
Относительная магнитная проницаемость для некоторых веществ (для ферромагнитных — в области, далекой от насыщения) приведена в таблице.
Статья на тему Магнитные свойства вещества
Похожие страницы:
НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАГНИТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ При расчетах магнитных полей часто пользуются величиной, называемой напряженностью магнитного поля. Она определяется отношением магнитной индукции.
Содержание статьи1 Что такое поляризация диэлектрика1.1 Диэлектрик из полярных молекул1.2 Пример поляризации диэлектрика1.3 Относительная диэлектрическая проницаемость Что такое поляризация диэлектрика.
МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ Магнитная индукция поля зависит от тока, размеров и формы проводника с током и от свойств среды, в которой.
ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Если ток i в цепи, обладающей сопротивлением r и индуктивностью L, увеличивается пропорционально времени t, то i = Ʀt, где Ʀ — коэффициент пропорциональности. При.
Магнитная индукция это векторная величина, которая является силовой характеристикой этого магнитного поля, а именно характеристикой его действия на движущиеся заряженные частицы.
ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА Что такое полный ток – это сумма токов (алгебраической сумме токов), которая проходит через ограниченную замкнутым контуром.
Для того, чтобы создать лекарства, синтетические ткани, пластмассы, пищевые добавки нужно использовать определенные чистые вещества. Но абсолютно чистых веществ в природе нет, они встречаются в виде смесей.
С развитием науки пополнялся список способов разделения смесей. И в настоящее время не найти промышленного производства, где бы не разделяли смеси.
Разделение используется для выделения всех компонентов из смеси, а очистка для выделения одного компонента из смеси.
Способы разделения смесей делятся на химические (разделение основано на разнице в химических свойствах) и физические (разделение основано на разнице в физических свойствах). Неоднородные смеси разделять легче, чем однородные. К распространенным способам разделения неоднородных смесей относятся отстаивание, фильтрование, применение магнита. К распространенным способам разделения однородных смесей относятся выпаривание, кристаллизация, плавление, возгонка, перегонка, хроматография.
В однородной смеси мы не можем обнаружить разные частицы невооруженным глазом или при помощи микроскопа
В неоднородной смеси мы не можем обнаружить разные частицы невооруженным глазом или при помощи микроскопа
Методы разделения
Разделение смеси используют для выделения всех ее составляющих в чистом виде. При очистке выделяют одно вещество, а примеси удаляют.
Так как вещества в смеси сохраняют свои свойства, то все способы разделения смесей основаны на различиях в физических и химических свойствах компонентов, входящих в смесь.
Химические методы разделения основаны на разнице в химических свойствах. При разделении к смеси добавляют реагент, протекает химическая реакция с участием реагента и определенных компонентов в смеси, появляются новые компоненты.
Физические методы разделения основаны на разнице в физических свойствах – здесь к смеси не будут добавлять реагентов, следовательно, не будет химических превращений. Легче разделять неоднородные смеси, так как их частицы видны невооруженным глазом.
В этом уроке будут разобраны самые распространенные физические способы разделения смесей.
Разделение гетерогенных смесей
Самыми распространенными способ разделения гетерогенных смесей являются отстаивание, фильтрование, действие магнитом. Эти способы разделения широко используются в промышленных масштабах.
Отстаивание – один из самых простых способов разделения неоднородных систем, основанный на различной плотности компонентов. Более плотный компонент в смеси будет иметь большую массу, следовательно, на него будет оказываться большая сила тяжести, поэтому этот компонент смеси первый пойдет ко дну. Используется для разделения неоднородных смесей жидкого и твердого вещества или двух жидкостей.
Декантация – отделение твердой фазы суспензии/взвеси от жидкой фазы, осуществляемое выливанием раствора с осадка после отстаивания.
При отстаивании смеси жидкости и твёрдого вещества на дне сосуда оседает вещество с большей плотностью. Верхний слой осторожно отделяют. Таким способом можно разделить смесь мела и воды, песка и воды.
Также декантация – отделение двух несмешивающихся жидкостей, осуществляемое сливанием более плотной жидкости после отстаивания.
Для разделения смеси двух жидкостей (растительное масло и вода, бензин и вода, нефть и вода) используется делительная воронка — сосуд с краном внизу. Сливают сначала более тяжёлый нижний слой, а затем — лёгкий верхний. Подобным образом в деревнях отделяли сливки от молока.
В первых двух случаях показаны по два сосуда, чтобы показать, как с течением времени из-за различной плотности вещества разделяются на слои.
1) Твердые нерастворимые вещества разной плотности (железные и древесные опилки)
2) Твердые вещества, одно из которых растворимо (соль и опилки)
3) Несмешивающиеся жидкости с разной плотностью (нефть и вода)
Фильтрование — это отделение жидкости или газа от взвешенных в них твёрдых частиц при пропускании через пористые материалы (фильтры). Этот способ разделения основан на различной растворимости и различных размерах частиц. Фильтры задерживают частицы, если их размеры больше размера пор. Для фильтрования можно использовать специальную бумагу, ткань, марлю, вату, песок, уголь, пористую керамику.
Простейший прибор для фильтрования состоит из воронки с фильтром и сосуда для собирания фильтрата. При использовании бумажного фильтра смесь осторожно наливают в воронку по стеклянной палочке. Вода проходит через фильтр, а частицы твёрдого вещества задерживаются на нём. Для ускорения процесса фильтрования скошенный конец воронки следует прижать к стенке химического стакана.
В лабораториях этим способом отделяют образовавшиеся в реакциях осадки.
Фильтрование используется в промышленности (в производстве растительного масла, творога). В качестве фильтров там используются ткани.
На одной из стадий очистки питьевой воды в водопроводах её пропускают через слой чистого песка. В домашних условиях для очистки питьевой воды применяется бытовой фильтр.
С помощью фильтрования очищают воздух от примесей. На фильтровании воздуха основана работа пылесоса, противогаза. Для удаления нежелательных примесей часто используют адсорбенты.
Смесь также можно разделить действием магнита. Этот способ разделения основан на различных магнитных свойствах. Один из компонентов смеси притягивается к магниту, а остальные нет. Этот метод используется в производстве, чтобы разделить железо от пустой породы.
Разделение гомогенных систем
Разделить однородные (гомогенные) смеси сложнее, так как их частицы не видны. Такие смеси устойчивые и не разделяются при долгом хранении. Для разделения однородных смесей могут быть использованы другие способы: выпаривание, кристаллизация, плавление, возгонка, перегонка (дистилляция), хроматография.
Выпаривание используется для выделения твердых веществ из растворов. Раствор помещается в фарфоровую чашку и нагревают. По мере испарения растворителя (например, воды) на стенках чашки образуются мелкие кристаллы твердого вещества. При этом твердое вещество не должно разлагаться при нагревании.
Кристаллизация применяется для выделения крупных кристаллов твёрдого вещества. Воду испаряют лишь частично. Горячий раствор оставляют открытым на длительное время. Вода медленно испаряется, и из раствора выпадают кристаллы вещества.
Перекристаллизация основана на различной растворимости и температуре кипения, её используют для очистки твердых веществ от примесей. Смесь растворяют в воде или другом растворителе и нагревают. По мере нагревания необходимое вещество растворяется, а примеси нет. Потом раствор аккуратно сливают в другой сосуд и охлаждают. При охлаждении выделяемое твердое вещество выпадает в осадок, который потом отфильтровывают. Может быть обратная ситуация: смесь растворяют в горячем растворителе, выделяемое вещество имеет меньшую растворимость, чем примеси и первым кристаллизуется из раствора, однако тогда нельзя допускать испарение воды, чтобы очистка была более эффективной.
Выпаривание и кристаллизация используются для выделения солей из морской воды и соленых озер, при производстве сахара. Также кристаллизация используется в лабораториях для очистки твердых веществ от примесей.
Плавление и последующая кристаллизация используются для получения сверхчистых металлов, необходимых, например, для надежной работы ядерных реакторов. Метод основан на различной температуре плавления веществ. Твердую смесь плавят. В ходе плавления необходимое веществ (металл) принимает жидкое агрегатное состояние, а примеси нет. Эту жидкую фазу отделяют и охлаждают.
Возгонка (сублимация) и последующую после охлаждения кристаллизацию используют для очистки веществ с низкой температурой возгонки, например кристаллического йода.
При нагревании твердой смеси необходимое вещество возгоняется и принимает газообразное состояние, потом его охлаждают. Отличительной особенностью сублимации является то, что вещество, подвергнутое возгонке, переходит из твердого состояния в газ, минуя жидкую стадию.
Перегонка (дистилляция) — разделение жидких однородных смесей, основанное на различных температурах кипения жидкостей.
Простейший прибор для дистилляции состоит из двух сосудов (например, пробирок), пробки с газоотводной трубкой и стакана с холодной водой для охлаждения паров. Смесь нагревается в одном сосуде, а пары более летучего вещества конденсируются в другом. Так можно отделить жидкость от растворённых в ней веществ.
В более сложных приборах для охлаждения паров используют специальный холодильник, через кожух которого проходит проточная вода. При нагревании смеси сначала испаряется вещество с самой низкой температурой кипения. Его пары охлаждаются в холодильнике, и в сосуде собирается чистое вещество. Затем нагревание усиливают и отделяют следующее вещество с более высокой температурой кипения.
Применение перегонки (дистилляции)
1) В химических лабораториях при производстве лекарств таким методом получают дистиллированную воду (без примесей растворённых солей).
2) Перегонка используется для опреснения морской воды в тех странах, где питьевой воды не хватает.
3) Перегонка является одним из основных способов переработки нефти. С помощью перегонки из неё выделяют разные виды топлива.
Хроматография – метод разделения смесей, основанный на распределении веществ между двумя фазами подвижной и неподвижной.
Рассмотрим принцип хроматографии на примере колоночной хроматографии. Хроматографическую колонку забивают определенным твердым веществом, которое будет исполнять роль неподвижной фазы. Через это вещество пропускают жидкое вещество (элюент), которое будет исполнять роль подвижной фазы, со смесью веществ. Элюент меньше всего связывается с неподвижной фазой, поэтому из колонки всегда выходит первым. Потом из колонки выходит тот компонент смеси, который лучше связывался с подвижной фазой (элюентом) и слабо связывался с неподвижной фазой. Так компоненты смеси выходят по очереди, самым последним из колонки выйдет компонент, который более слабо связывался с подвижной фазой и более сильно с неподвижной фазой.
С помощью хроматографии можно разделять жидкие и газовые смеси, даже те, разделение которых другими методами разделения невозможно. Хроматография используется в химической, фармацевтической, пищевой промышленности, для очистки растворов, а также удаления солей из сахарных сиропов и молока. С помощью хроматографии можно выделять ценные соединения из природных растворов и отработанных вод производств. В химических лабораториях хроматография также используется для качественного и количественного определения состава смесей.
Читайте также: