Что такое выпаривание кристаллизация в химии кратко
Обновлено: 02.07.2024
выпаривание-процесс выделения растворителя из раствора, концентрирование раствора (получение насыщенного раствора) . Выпаривание чаще всего производится при повышенной температуре, иногда при кипении, и/или под вакуумом. На испарение растворителя расходуется тепловая энергия, которую следует подводить извне. Выпаривание - процесс, требующий затрат очень большого количества энергии.
кристаллизация- процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твердое кристаллическое с образованием кристаллов. Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов — центров кристаллизации. На число центров кристаллизации и скорость роста значительно влияет степень переохлаждения. Степень переохлаждения — уровень охлаждения жидкого металла ниже температуры перехода его в кристаллическую (твердую) модификацию. С. п. необходима для компенсации энергии скрытой теплоты кристаллизации.
Все смеси веществ можно разделить на две большие группы – гомогенные и гетерогенные. Для химического анализа смеси необходимо предварительно разделять на все составляющие компоненты. Способы разделения гомогенных и гетерогенных смесей отличаются.
Методы разделения однородных смесей
Однородными (гомогенными) называют такие смеси, в каждой точке объема которых состав одинаков, т. е. это системы, не имеющие границы раздела фаз. Частицы таких смесей увидеть невозможно. Например, раствор поваренной соли – это гомогенная смесь.
Растворы довольно стабильны и долго не разделяются. Существует несколько методов разделения растворов – дистилляция, выпаривание, кристаллизация и хроматография.
Дистилляция или перегонка
Дистилляция – это метод разделения растворов, который основан на разных температурах кипения веществ. При перегонке жидкость помещают в колбу, которую затем доводят до кипения с конденсацией паров в холодильнике. Например, с помощью перегонки можно разделить спирт и воду. Первыми начинают кипеть компоненты с низкими температурами кипения, поэтому они первые собираются в виде конденсата в холодильнике. Смеси, температуры кипения которых одинаковы, называются нераздельнокипящими или азеотропными.
Выпаривание и кристаллизация
Выпаривание – это метод разделения растворов с помощью испарения одного из веществ. Данный способ применяется для выделения твердых веществ. Раствор помещают в фарфоровую чашку и нагревают. В результате на дне чашки образуются кристаллы.
Кристаллизация – процесс образования и роста кристаллов. Данный способ заключается в нагревании насыщенной гомогенной смеси и фильтровании полученного горячего раствора. Затем раствор охлаждают, и выпавшие кристаллы промывают и высушивают.
Выпаривание и кристаллизация – это способы, подходящие для разделения жидких и твердых веществ. Эти два процесса идут параллельно.
Хроматография
Хроматография – метод разделения растворов, который основан на различном поглощении разделяемых веществ поверхностью другого вещества. Если полоску из фильтровальной бумаги опустить нижним концом в раствор красителей, то подниматься они будут с разной скоростью и на разную высоту.
Способы разделения неоднородных смесей в химии
Неоднородные (гетерогенные) смеси – смеси, состав которых в разных точках объема неодинаков. Частицы можно обнаружить либо невооруженным глазом, либо с помощью микроскопа. Например, смесь воды и песка – это гетерогенная смесь. Существует несколько способов разделения гетерогенных смесей – отстаивание, фильтрование, центрифугирование.
Отстаивание
Отстаивание – это способ разделения жидкостей и твердых веществ. При отстаивании смеси на дне сосуда оседает твердое вещество.
Фильтрование
Фильтрование – способ разделения гетерогенных смесей, который основан на пропускании смеси через воронку с вложенным в нее смоченным бумажным фильтром. Часто для отделения осадка от фильтрата используют фильтрование при уменьшенном давлении.
Центрифугирование
Центрифугирование заключается в помещении смеси в центрифужные стаканы и помещают в центрифуги. После проведения этой операции надосадочную жидкость сливают, осадок взмучивают с небольшим объемом растворителя и повторно центрифугируют.
В однородных смесях компоненты не видны даже в микроскоп. Такие смеси устойчивы и не разделяются при длительном хранении. Для их разделения часто используют разницу в температурах кипения веществ , то есть в их летучести . Более летучее вещество испаряется, а менее летучее остаётся.
Используется для выделения твёрдых веществ из растворов. Раствор помещают в фарфоровую чашку и нагревают. По мере испарения воды на стенках чашки образуются кристаллики твёрдого вещества.
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.
В огромных масштабах выпаривание и кристаллизация применяются для добычи соли из солёной природной воды.
Перегонка (или дистилляция ) — это способ разделения жидких смесей, основанный на значительной разнице температуры кипения компонентов смеси.
При нагревании более летучая жидкость (с меньшей температурой кипения) испаряется. Затем её пары охлаждают — происходит конденсация (переход из газообразного в жидкое состояние).
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.
В химических лабораториях при производстве лекарств таким методом получают дистиллированную воду (без примесей растворённых солей).
Перегонка является одним из основных способов переработки нефти . Нефть представляет собой смесь многих веществ. С помощью перегонки из неё выделяют разные виды топлива.
Самый простой пример хроматографии — разделение красителей на бумажной полоске. Если полоску из фильтровальной бумаги опустить нижним концом в раствор красителей, то подниматься они будут с разной скоростью и на разную высоту.
Вместо бумаги в промышленности для разделения смесей используются уголь, известняк и другие вещества.
Созданы специальные приборы — хроматографы , с помощью которых разделяют сложные многокомпонентные смеси и устанавливают их состав.
Многие вещества на нашей планете не встречаются в чистом виде, потому ученые придумали множество методов разделения смесей. Некоторые смеси состоят из видимых невооруженному глазу частей. Но есть вещества, однородность которых сохраняется только до наступления особого состояния.
К примеру, из чего состоит гранит, видно всем, а вот структура молока становится явной только при его скисании. Ниже мы рассмотрим, как можно разделить смешанные вещества, и для чего применяется каждый из методов.
Способы разделения однородных смесей
Для выделения из готового состава растворенных компонентов принято использовать химические процессы. Разберем основные химические способы.
Выпаривание
В основу выпаривания заложены физические свойства компонентов смеси, а именно способность кипеть при разных температурах.
В ходе такого процесса состав можно разделить на жидкие и растворимые вещества. Например, вода и соль, или вода и сахар.
Выпариванием пользуются при необходимости выделения из имеющейся смеси только твердого ингредиента.
С температурами кипения отдельных веществ можно предварительно ознакомиться в справочниках по химии или физике. Данные представлены в наглядных таблицах.
Кристаллизация
Кристаллизацией называют процесс формирования кристаллов из стекол, газов, расплавов и растворов. Такую же формулировку применяют при образовании кристаллов с полученной структурой из кристаллов другого структурного класса, так называемые полиморфные превращения, либо при смене состояния вещества из жидкого на твердое кристаллическое.
Методом кристаллизации пользуются для выделения больших образований твердого вещества. Жидкость испаряется частично.
Раствор нагревают до определенной температуры и оставляют открытым на долгий период времени. При медленном испарении жидкости растворенное вещество выпадает в осадок в виде кристаллов. Таким методом в промышленных масштабах добывают соль из природной соленой воды.
Дистилляция (перегонка)
Метод перегонки основан на испарении летучих жидкостей, которые в дальнейшем превращаются в конденсат.
При нагревании раствора летучий компонент превращается в пар и оседает на стенках сосудов в виде капель конденсата.
Дистилляцию применяют в процессе опреснения морской воды, что очень актуально для стран с острой нехваткой питьевой воды.
Дистилляция – это основной метод переработки нефти, которая, по сути, является многокомпонентной смесью. В результате перегонки получают различные виды топлива.
Хроматография
Хроматография основана на способности поверхности определенных веществ с разной интенсивностью поглощать разделяемые компоненты.
Процесс можно рассмотреть на простом практическом примере – разделении красителей фильтровальной бумагой. При погружении конца полоски бумаги в раствор, растворители будут подниматься на разную высоту и с различной скоростью.
В промышленных масштабах фильтровальную бумагу заменяют углем, мелом, известняком и прочими веществами. Для разделения многокомпонентных растворов используют хроматографы. Они не только разделяют смеси, но и устанавливают их состав.
Методы разделения неоднородных составов
Для разделения нерастворимой группы смесей применяют несколько иные методики. Их задача заключается в отделении твердых нерастворимых частиц от жидкостей или твердых частиц другого вида.
Отстаивание
Это наиболее простой метод, который отличается тем, что в процессе отстаивания частицы, имеющие больший вес, чем вода, опускаются на дно сосуда.
Более легкие частицы наоборот всплывают на поверхность, где их потом и собирают.
Чем меньшего размера твердые компоненты, тем дольше длится отстаивание. Поэтому для ускорения очищения жидкости могут применять различные абсорбенты, адсорбенты и прочие химические катализаторы.
Фильтрование
Фильтрование часто используется совместно с отстаиванием. Для его осуществления понадобятся всевозможные фильтры.
Наиболее результативными являются вакуумные, дисковые и ленточные. Они задерживают твердые частицы и пропускают жидкость в емкость. Чем больше размер фильтра, тем быстрее будет происходить фильтрация.
Центрифугирование
Работа высокоскоростных центрифуг заключается в разделении особо устойчивых эмульсий.
При помощи центробежной силы компоненты смеси, имеющие индивидуальную густоту, разделяются через воронки в разные емкости. В этом и состоит суть центрифугирования.
Для газовых взвесей лучше использовать скоростные циклоны. Они собирают твердые частицы на электродах или стенках устройства.
Другие методы разделения
Отделить нужный компонент из имеющейся смеси можно и другими способами.
Приведем несколько примеров:
Декантация – механическое отделение твердых веществ от жидких. Производится путем сливания жидкости с осадка. Широко применяется работниками ресторанов - сомелье и барменами.
Сушка – тепловое удаление жидкости из смесей. После сушки остается только твердый состав. Часто применяется на производстве непосредственно перед упаковкой продукции.
Электрофорез – сложное явление, заключающееся в электрокинетическом перемещении дисперсных частиц в жидком или газообразном веществе под воздействием электрического поля. Электрофорез применяется для разделения и изучения состава смеси в молекулярной биологии, химии и биохимии.
Методов разделения смесей намного больше, нежели описано в этой статье. Существуют очень сложные способы, которые предназначены для выделения из состава веществ со схожими свойствами или имеющихся в критически малых количествах в гетерогенных и гомогенных смесях.
Читайте также: