учебник» / ГДЗ к § 12. Чистые вещества и смеси

1. В чем отличие материала от химического вещества?
2. Может ли вода в различных агрегатных состояниях быть материалом? Приведите примеры.
3. Что такое смесь? Приведите примеры природных смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.
4. Приведите примеры бытовых смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.
5. Какие смеси называются гетерогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.
6. Какие смеси называются гомогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.
7. Какой воздух может рассматриваться как гомогенная, а какой — как гетерогенная смесь?

1. В чем отличие материала от химического вещества?

Материал — это то, из чего состоят физические тела. Вещество — это то, из чего состоит материал. В состав материала может входить несколько веществ.

2. Может ли вода в различных агрегатных состояниях быть материалом? Приведите примеры.

Вода может быть материалом в твердом агрегатном состоянии (лед, снег). Ее можно использовать для изготовления ледяных скульптур.

3. Что такое смесь? Приведите примеры природных смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.

Смесь — это сочетание двух или более веществ.

Природная смесь в газообразном агрегатном состоянии — воздух. Компоненты воздуха: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, водяные пары.

Природная смесь в жидком агрегатном состоянии — молоко. Компоненты молока: вода, жир, белок, лактоза и другие вещества.

Природная смесь в твердом агрегатном состоянии — минералы, горные породы. Компоненты минералов и горных пород: различные вещества.

4. Приведите примеры бытовых смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.

Бытовая смесь в газообразном агрегатном состоянии — бытовой газ. Компоненты бытового газа: метан, резко пахнущие вещества.

Бытовая смесь в жидком агрегатном состоянии — растительное масло. Компоненты растительного масла: жирные карбоновые кислоты.

Бытовая смесь в твердом агрегатном состоянии — мыло. Компоненты мыла: соли высших жирных карбоновых кислот, ароматические вещества.

5. Какие смеси называются гетерогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.

Гетерогенными называют смеси, в которых частички составляющих их веществ видны невооруженным глазом или под микроскопом.

Природная гетерогенная смесь — туман. Компоненты тумана: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, вода.

Бытовая гетерогенная смесь — пекарский порошок. Компоненты пекарского порошка: пищевая сода, мука, лимонная кислота.

6. Какие смеси называются гомогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.

Гомогенными называют смеси, в которых даже с помощью увеличительных приборов нельзя увидеть частицы составляющих их веществ.

Природная гомогенная смесь — морская вода. Компоненты морской воды: морская соль, вода.

Бытовая гомогенная смесь — бензин. Компоненты бензины: жидкие углеводороды.

7. Какой воздух может рассматриваться как гомогенная, а какой — как гетерогенная смесь?

Чистый воздух может рассматриваться как гомогенная смесь. Компоненты чистого воздуха: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, водяные пары. Пыльный воздух — гетерогенная смесь газов и частичек пыли.

Онлайн урок: Вещества в окружающей нас природе и в технике по предмету Химия 8 класс

На основании точных химических анализов, проводимых учеными-химиками можно смело утверждать, что абсолютно чистых веществ в природе нет.

Что такое чистота вещества? Здравый смысл подсказывает, что это количество примесей в смеси.

Причем примеси – это далеко не всегда те вещества, которых в веществе содержится мало.

Например, в железной руде находится 40 % веществ, которые не нужны в процессе выработки железа, а значит, это примеси.

В золотоносных породах содержится меньше 1 % золота, а остальные 99 % – это примеси. Применительно к рудам такие примеси называют пустой породой.

В химии даже незначительное количество примесей может существенно влиять на свойства вещества.

Например, подложку для компьютерных процессоров делают из очень чистого кремния.

И в данном случае присутствие даже одного постороннего атома на миллиард атомов кремния уже делает такую подложку негодной, и она уходит на повторную переработку.

От персонала, работающего на заводах Intel и AMD (производителей процессоров), требуют соблюдения идеальной чистоты.

В химических лабораториях существует своя классификация веществ по чистоте. Химики выделяют несколько степеней очистки:

• чистый
• химически чистый
• чистый для анализа
• особо чистый

Для отделения примесей смеси веществ разделяют.

Разделение веществ – это физический процесс. Вы можете в этом убедиться на простом опыте (помните, химия – наука экспериментальная). Насыпьте на бумагу отдельно порошок серы (можно купить в аптеке) и порошок железа (можно настрогать напильником с гвоздя).

Перемешайте их (только не руками, а, например, зубочисткой).

Вы получили смесь двух веществ.

Эту смесь легко разделить.

Положите на смесь лист бумаги и приложите магнит.

Порошок железа притянется к магниту, а сера – нет.

Отсюда следует важное свойство смеси веществ: их можно разделить на чистые вещества физическими методами.

Сложное вещество можно разделить на простые вещества только химическими методами.

У смеси веществ и сложного вещества есть и другие отличия.

Их полезно знать, чтобы даже в простых бытовых ситуациях понимать, что перед вами: смесь веществ или сложное вещество (иначе может случиться так, что вы будете пытаться физическим способом разделить сложное вещество, и у вас, естественно, ничего не получится).

Сравнение свойств сложного вещества и смеси веществ

Существует много способов разделения смеси веществ:

• отстаивание
• фильтрование
• перегонка
• плавление

Это только основные из них, но есть и другие, более сложные способы.

Выбор способа зависит от свойств веществ, составляющих разделяемую смесь.

13 лучших примеров гетерогенных смесей

Смеси образуются, когда два или более соединения, или элементов объединяются вместе, не участвуя в химическом изменении. Каждый компонент в смеси сохраняет свои химические свойства и состав.

Ученые различают два типа смесей: гомогенные и гетерогенные. Последняя представляет собой смесь с неоднородным составом. Отдельные вещества, составляющие гетерогенную смесь, можно обнаружить, потому что они не смешиваются равномерно.

Фактически, гетерогенную смесь можно разделить на отдельные компоненты физическим или химическим способом. Эти смеси всегда имеют более одной фазы, причем состав меняется от одной области к другой.

Гетерогенные смеси в дальнейшем можно разделить на категории:

• Суспензии: содержат частицы, которые оседают, если их не трогать.
• Коллоиды: частицы диспергированы и равномерно распределены по дисперсионной среде.

В химии гетерогенные и гомогенные смеси не всегда постоянны: они могут меняться с течением времени. Например, человеческая кровь содержит много разных веществ, но невооруженным глазом кажется однородной. Однако, если вы посмотрите под микроскопом, вы можете наблюдать распределение различных твердых частиц, таких как тромбоциты, белые и красные кровяные тельца. В этом контексте кровь представляет собой неоднородную смесь.

Чтобы лучше объяснить эту тему, мы перечислили некоторые из наиболее распространенных примеров гетерогенных смесей.

13. Грязная вода

Тип: Суспензия

Если вы положите немного грязной воды в ведро и оставите его в покое на один или два дня, грязь осядет, оставив смесь с гораздо меньшим количеством грязи в верхней части ведра, чем в нижней. Жидкость проходит через фильтр, оставляя за собой твердые частицы грязи.

12. Золотая Золь

Тип: Коллоидный

Золь — это коллоид, состоящий из крошечных твердых частиц в непрерывной жидкой среде. Золотые золи — это наночастицы золота в жидкости, обычно в воде. Их получают путем кипячения раствора тетрахлороиновой кислоты с восстановителем.

Смесь либо сине-пурпурная (когда задействованы сферические частицы размером более 100 нанометров), либо ярко-красная (когда задействованы более мелкие наночастицы). Благодаря своим уникальным электронным и оптическим свойствам наночастицы коллоидного золота являются предметом значительных исследований с потенциальным применением в различных областях, от материаловедения до биомедицины.

11. Раствор гашеной извести

Тип: Суспензия

Гашеная известь — это неорганическое соединение, называемое гидроксидом кальция. Она образуется при гашении или смешивании негашеной извести (оксида кальция) с водой. Широко используется в пищевой промышленности:

• Для осветления сырого сока из сахарной свеклы или сахарного тростника.
• Для обработки воды для безалкогольных и алкогольных напитков.
• Для обогащения апельсинового сока и других морсов.

При смешивании с водой часть гашеной извести растворяется, образуя раствор, называемый известковой водой. Остальное остается в виде суспензии, известной как известковое молоко.

10. Бетон

Тип: Коллоидный

Бетон — это строительный материал, состоящий из цемента, мелко — и крупнозернистых заполнителей. Когда он смешивается с водой, смесь образует жидкую суспензию, которую можно легко вылить и отлить в форму.

Он ведет себя как коллоид. Высокая вязкость и плотность смеси препятствуют осаждению цементных зерен и способствуют развитию коллоидного поведения.

9. Крем для бритья

Тип: Коллоидный

Крем для бритья представляет собой неоднородную смесь двух разных фаз веществ. Дисперсная фаза — газ, а дисперсная среда — жидкость (пена — это газ, диспергированный в жидкости).

Большинство кремов для бритья состоят из 20-30% мыла и до 10% смягчающих веществ, эмульгаторов, глицерина и пенообразователей. Разбавленные кремы (аэрозоли) выпускаются из баллончиков под давлением с помощью углеводородных пропеллентов.

8. Шоколадное печенье

Тип: Суспензия

Печенье с шоколадной крошкой — простой пример неоднородной смеси. Хотя шоколад разложен и смешан с тестом, очень легко указать, где находится шоколад, а где тесто.

Тесто — это в основном суспензия твердых частиц в вязкой жидкости. Поскольку шоколад смешивается с тестом неравномерно, иногда вы получаете часть, в которой много шоколада, а иногда — порцию, в которой почти нет шоколада.

7. Лак для ногтей

Тип: Коллоидный

Лак для ногтей содержит несколько органических полимеров и других компонентов, диаметр которых составляет примерно от 1 до 1000 нанометров. Сочетание определенных компонентов придает лаку для ногтей его неповторимую текстуру и цвет.

Более конкретно, он изготовлен из пленкообразующего полимера, растворенного в летучем органическом растворителе. Обычно это раствор нитроцеллюлозы в этилацетате или бутилацетате. Загустители, такие как гекторит стеаралкония, также добавляются для удержания искрящихся частиц в суспензии во время нахождения в бутылке.

6. Открытая банка газировки

Тип: Коллоидный

Газировка в закрытой бутылке имеет однородный состав, но как только она открыта, в жидкости начинают появляться пузырьки. Хотя вода, сахар и ароматизаторы образуют химический раствор, пузырьки в напитке неравномерно распределяются по жидкости. Поэтому открытую бутылку с газировкой можно рассматривать как неоднородную смесь.

В большинстве случаев эти пузырьки образуются из-за карбонизации. Объем растворенного в жидкости углекислого газа зависит от давления. Когда бутылка открыта, давление внезапно падает, и из раствора быстро выходит газ, образуя пузырьки, которые поднимаются на поверхность.

Промышленная газированная вода обычно содержит небольшое количество бикарбоната натрия, хлорида натрия, цитрата натрия, сульфата калия, цитрата калия или бикарбоната калия, в зависимости от вкусового профиля продукта.

5. Молочко магнезии

Тип: Суспензия

Молоко магнезии представляет собой белую, вязкую, слабощелочную смесь гидроксида магния (8%) и воды. Гидроксид магния встречается в природе в виде минерала бруцита.

Эта неоднородная смесь обычно используется как слабительное для облегчения эпизодических запоров, кислотности желудка и несварения желудка. Она работает путем втягивания воды в кишечник, эффект, который вызывает движение кишечника.

4. Железная руда

Тип: Коллоидный

Железные руды — это минералы и горные породы, из которых извлекается металлическое железо. Руды всегда содержат оксиды железа и различаются по цвету от ржаво-красного и темно-фиолетового до темно-серого и ярко-желтого.

В природе железо в основном находится в форме магнетита (содержит 72,4% железа) и гематита (содержит 69,9% железа). Это сырье используется для производства чугуна, промежуточного продукта в производстве стали.

3. Гранит

Тип: Коллоидный

Гранит — это светлая магматическая порода, которая в основном состоит из трех минералов: кварца, щелочного полевого шпата (содержит кремнезем и глинозем) и плагиоклаза (содержит кальций и натрий). Он также содержит небольшое количество биотитовой слюды и роговой обманки.

Большинство минералов в породе достаточно большие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Они хорошо различимы (каждый цвет — отдельный минерал).

Гранит образуется из магмы и является наиболее распространенной магматической породой на поверхности Земли. Из него делают различные предметы, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, например напольную плитку, ступени лестниц, брусчатку и строительный шпон.

2. Облака

Тип: Коллоидный

Облака — это масса кристаллов льда или капель воды, находящихся во взвешенном состоянии в атмосфере. Они образуются, когда вода конденсируется в небе. Они видны в тропосфере, стратосфере и мезосфере Земли.

Поскольку облака содержат все виды дыма, пыли, сажи, льда, водяного пара, микроорганизмов и химикатов, они являются разнородными смесями. Они также являются примером аэрозолей, в которых небольшие капли жидкости рассеиваются в газе (воздухе).

1. Смесь воды и масла

Тип: Коллоидный

Молекулы воды полярны: один конец молекулы имеет положительный заряд, а другой — отрицательный, что позволяет молекулам воды связываться. Они удерживаются вместе прочными водородными связями.

Однако масла и жиры неполярны. Они должны были бы разорвать водородные связи, чтобы раствориться в воде. Кроме того, неполярные молекулы хорошо смешиваются только с другими неполярными молекулами. Благодаря этим причинам молекулы воды притягиваются друг к другу, а молекулы масла слипаются, образуя в смеси отдельные слои.

Этот тип смеси является прекрасным примером эмульсии — суспензии двух жидкостей, которые обычно не смешиваются. Эмульсия представляет собой тип коллоида, который содержит мелкие частицы, взвешенные в другом несмешивающемся (несмешиваемом) веществе.

Когда вода и масло смешиваются и встряхиваются, они образуют мутную суспензию. Когда она находится в состоянии покоя некоторое время, плотно упакованные молекулы воды опускаются на дно, а масло остается на поверхности воды.

Урок 9: Вещества в природе

План урока:

Чистые вещества в природе

Растворы как смеси

Состав растворов

Задачи на концентрацию растворов

Чистые вещества в природе

А как вы думаете, существуют чистые вещества? Для решения этого вопроса, посмотрим на рисунок.

Девочка, относительно ребят выглядит чистенько и опрятно, можно сказать, что она служит для них образцом. Мальчишки оба грязные, но их загрязнённость разная. Значит, вещество, которое не будет содержать примесей, является чистым. В зависимости от процентного содержания примесей, выделяют виды чистых веществ.

Источник

Снова возникает вопрос, можем ли мы применить к воде понятие чистое вещество? Таковой является дистиллированная вода, полученная путём перегонки.

Источник

Во время кипячения вода, в виде пара, через газоотводящую трубку, поступает в пробирку-приёмник, которая помещена в стакан со льдом. Полученная таким образом вода не способна проводить электрический ток, поскольку не содержит солей, она относится к химически чистым веществам, которые находят применение в лаборатории и медицине. Не стоит путать данный процесс с кипячением, который вы ежедневно наблюдаете. Кипячёная вода будет электропроводна, поскольку соли не были удалены.

Растворы как смеси

Окружающий мир состоит из смесей. Воздух, который нам так необходим, земля, пища, одежда, техника, можно перечислять до бесконечности. Однако по своему внешнему виду, они существенно отличаются. К примеру, смесь вода – спирт и вода – масло, вода – песок и вода – сахар.

Гомогенная смесь характеризуется однородностью, наливая в стакан столовую воду, о присутствии минеральных солей, мы можем судить по вкусу и читая состав на этикетке. Взяв в руки бронзовую монету, мы не можем выделить отдельно медь и олово.

Играя в салки в воде, так увлекаетесь игрой, и не замечаете, что песок со дна распределился по воде. Бегая по пляжу, поднимаете столб пыли. Вы наверняка, даже не подозреваете, что это все примеры природных гетерогенных смесей. Ключевым признаком является их неоднородность.

В зависимости от агрегатного состояния составляющих частиц, разделяют следующие гетерогенные смеси.

Применение суспензий имеет широкий спектр во многих отраслях:

• Медицина: порошки, зубная паста, скраб;
• Химическая промышленность: пасты, порошки, красители;
• Пищевая промышленность: соусы, кетчупы, шоколадная масса.

Налив в стакан с водой малую часть подсолнечного масла и потом взболтав эту смесь, вы завороженно наблюдали за пузырьками. Это классический пример эмульсии в быту, смесь взаимно нерастворимых жидкостей. Однако пролившаяся нефть в море, которая также является примером эмульсии, наносит большой вред всему живому организму.

Разделение гетерогенных смесей, а также гомогенных, возможно с помощью следующих способов.

Источник

Данный урок посвящён гомогенным смесям, а именно растворам, в которых не существует границы между входящими веществами.

Состав растворов

Источник

Чтобы приготовить сладкий напиток, необходимо взять сахар (растворимое вещество) и воду, которая будет играть роль растворителя. Масса раствора состоит из входящих в неё компонентов.

Растворённое вещество в данном случае сахар, поскольку его количество малое по отношению к воде.

Чтобы выразить, какую часть занимает растворённое вещество, введём понятие массовая концентрация или массовая доля.

Вернёмся к примеру с сахаром, массовая концентрация вещества будет составлять:

Чем выше масса растворённого вещества, тем более концентрированный раствор.

И снова вспомним наш сладкий раствор, допустим, вы утром ещё не очень проснулись, и вместо одной ложечки сахара, положили две. Как выйти из ситуации? Правильно, добавить воды. При этом доля растворённого вещества (сахара) уменьшается и образуется разбавленный раствор.

Разберёмся ещё с одним понятием – растворимость.

Источник

Обратите внимание, что указывается растворимость при определённой температуре. Возьмём два стакана объёмом 100 мл, в одном горячая, а во втором холодная вода. В оба добавим 3 столовых ложки сахара. Как вы думаете, где лучше и быстрее растворится сахар? Конечно там, где температура воды выше.

Существует зависимость между растворимостью и природой вещества.

Источник

Растворимость сахара при температуре 20 °C составляет 2000 г на 1л, раствор с такими данными будет насыщенным. При меньшем содержании растворённого вещества – ненасыщенным, большем – пересыщенным.

Источник

Химия не только удивительная наука, но она ещё и экспериментальная. С разрешения взрослых, Вы можете выполнить эксперимент. Вырастить замечательный «сад». Чтобы выполнить данный опыт, необходимо приготовить насыщенный раствор медного купороса или другой соли.

А как Вы думаете, может концентрированный раствор вещества быть ненасыщенным. Математические расчёты помогут дать ответ. Допустим, что растворили 200 г сахара в 100 г воды при температуре 20°C. Необходимо определить массовую концентрацию.

Как показывают расчёты, этот раствор будет концентрированным, однако является ненасыщенным.

Насыщенность и концентрация – это разные понятия.

Рассмотрим на примере сахара и гипса (CaSO₄∙2H₂O).

Поскольку большинство химических процессов происходит между растворами, важно знать, какое количество вещества там содержится. Содержание растворённого вещества можно выразить в массовых долях, а также с помощью ещё одного вида, которая носит название молярная концентрация.

Если массовая доля растворённого вещества показывает содержание вещества в растворе (%), то молярная концентрация указывает, сколько моль содержится в 1 литре раствора.

Промоделируем лабораторную ситуацию. Разбавленный раствор щёлочи был приготовлен путём растворения 10 г гидроксида натрия в 500 мл воды. Наша с Вами задача, определить массовую и молярную концентрации.

Задачи на концентрацию растворов

С приготовлением растворов связана работа не только химиков, люди разных профессий сталкиваются с этой задачей, где необходимо рассчитать какое количество растворённого вещества содержится в растворе.

Задача 1. Какую массу соли и объём воды нужно, чтобы приготовить концентрированный раствор соли массой 500 г с массовой долей хлорида калия 70%?

Задача 2. К раствору хлорида железа (II) объёмом 500 мл, плотность которого равна ρ = 1,012 г/мл и массовой долей 12 % прибавили 100 г воды. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.

Достаточно часто возникает необходимость смешивать растворы, концентрация массовых долей которых отличается, чтобы получить раствор определённой концентрации. Рассмотрим правило смешивания растворов или как его ещё называют «правило креста»

Источник

Задача 3. Определите концентрацию раствора, полученного при сливании растворов сульфата натрия массой 300 г 25% и 150 г 10%.

Задача 4. Раствор серной кислоты массой 250 г с массовой долей 15%, реагирует с цинком. Сколько грамм соли образовалось в результате реакции?

Природные смеси — Сайт о строительстве

Природные смеси

Одними из используемых разнородных материалов, которые применяются для строительства — это природные смеси. Их состав складывается на основе вяжущих компонентов с различными добавками. Все чаще начали использоваться именно эти материалы, поскольку была доказана высокая эффективность и много других преимуществ по сравнению с традиционными смесями из песка и цемента. Природные строительные смеси делятся на несколько видов. Одними из них есть сухие строительные смеси, которые характеризуются многокомпонентными порошками, которые при разбавлении превращаются в растворы разного назначения. Представляют они собой состав минеральных вяжущих наполнителей, на основе полимеров. Использование сухих смесей популярно для отделочных строительных работ. К вяжущимся материалам относятся цемент, гипс, глина и другие. В природные строительные материалы входит каменный природный материал и изделия из них. Подвидом строительной смеси называют нерудные материалы, в которые входят песок, щебень, гравий и другие, и используются в качестве основы для различного вида зданий, балластировки железнодорожных путей, подготовки автомобильных работ. Например, именно щебень, получаемый методом дробления, служит в качестве заполнителя бетонных смесей. Гравий же идет обычно в смеси с щебенем. А вот песок образуется путем выветривания горных пород. Большое распространение в строительных работах занимает смесь с содержанием 70% гравия и 30% песка. При больших нагрузках она обладает большой прочностью и устойчивостью. Именно эта смесь применяется в ремонте общественных зданий, в строительстве аэродромов и дорог за пределами населенных пунктов. Сама добыча песчано-гравийных материалов происходит в карьерах, морях, реках. К материалам природного происхождения, обладающим большой стойкостью к атмосферным явлениям относится базальт. Это камень вулканического происхождения, представлен в широкой цветовой палитре — красный, зеленый, коричневый, серый и черный. Поддается полировке и шлифовке, что дает возможность использовать его для мощения пешеходных дорожек, на террасах, фасадах. В быту применяется в виде плитки на кухне и в ванной. Особый уход за ним не нужен, не остается царапин. Нужно вспомнить о таком природном строительном материале как дерево. Здесь используется особая техника заготовки древесины. При подготовке к срубу, а это происходило только зимой или ранней весной, выбирали только здоровые деревья. После сруба их поддавали очистке от коры. Обычно это хвойные породы: сосна, ель, кедр. Для предохранения древесины от перегнивания, бревна обрабатываются антисептиком. Издавна дерево использовали для строения теплых и «дышащих» домов. Современная технология дошла до такого высокого уровня, что теперь в вид природных строительных материалов входит строительное стекло. Раньше оно применялось в витринах, огромных входных дверях магазинов. Теперь это уже остекленение целых зданий. Создания стеклоблока происходит за счет очень высокой температуры до образования в нем герметичной полости. Свойства звуко- и теплоизоляции близки к характеристикам кирпича. Стекло получают из обычного речного песка, куда входят соли щелочных, земельных металлов. Самое частое применение стекло блоков для офисных помещений, а также стеклянных лестниц.

«Гранит — интересная природная смесь»

«Гранит — интересная природная смесь»

Александрова А.И. 1

1МБОУ «СШ №8 г. Выборга»

Егорова Т.Ю. 1

1МБОУ «СШ №8 г. Выборга»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

В жизни, как правило, встречаются не чистые вещества, а смеси веществ. Природными смесями являются: воздух, природный газ, нефть, молоко, морская вода, гранит, горные породы, фруктовые соки. Эти смеси могут быть неоднородными (например, мутная вода содержит в себе частицы песка и глины, которые видны невооруженным глазом) и однородными, в которых нельзя заметить границу раздела между

веществами.

Отдельные вещества в составе смеси принято называть компонентами.

Компоненты природной смеси гранита увидеть легко. А вот разглядеть

компоненты такой природной смеси, как морская вода, не удается даже под

микроскопом.

Среди смесей можно выделить жидкие, твердые и газообразные.

К твердым смесям относятся натуральные камни:песчаник,ракушечник,

известняк, травертин, доломит,базальт, мрамор, гранит.

Природный камень гранит добывают практически на всех континентах.

Мы решили изучить состав и свойства гранита и использовать этот камень в создании творческого проекта.

Актуальность: распространение гранита в природе.

Гипотеза: гранит – это природная смесь.

Цель работы: ознакомление с составом, свойствами гранита и применение камня в творческой деятельности.

Задачи:

Изучить общие сведения о природных смесях, нахождении их в природе, назначении и применении, используя литературные источники.

Изучить состав и свойства гранита как природной смеси.

Провести наблюдение за физическими свойствами гранита.

Проанализировать результаты наблюдений.

Создать творческий проект, используя природный камень, и подготовить презентацию.

Методы исследования:

Работа с источниками информации. Теоретические исследования.

Экспериментальные методы.

Наблюдение и фотографирование.

Анализ полученных результатов.

1. Теоретическая часть. Основные сведения о природных смесях и граните – как природной смеси 1.1. Природные смеси

Смесь – система, состоящая из двух или более веществ (компонентов смеси). (Приложение 1, фото 1)

Смеси, в которых частички составляющих их веществ видны невооруженным глазом или под микроскопом, называются неоднородными или гетерогенными.

Смесь, в которой даже с помощью увеличительных приборов нельзя увидеть частицы составляющих ее веществ, называется однородной или гомогенной.

Однородные смеси по агрегатному состоянию делятся на газообразные, жидкие и твердые.

Важнейшая газообразная смесь – воздух.

К жидким природным смесям относится нефть. В ее состав входят сотни различных компонентов, главным образом соединения углерода. (Приложение 1, фото 2)

К твёрдым смесям можно отнести нерудные материалы (каменный природный материал): любые минералы, горные породы. Почва, глина, песок – это тоже смеси. (Приложение 1 , фото 3)

Состав смесей может быть самым разнообразным, и они, в отличие от чистых веществ, имеют другие свойства.

Чистыми веществами называют вещества, состоящие из частиц одного вещества и характеризующиеся постоянными свойствами.

Любую смесь можно разделить на компоненты физическими методами; изменения состава компонентов смеси при этом не происходит.

1.2. История происхождения гранита

В сравнении с человечеством гранит можно считать вечным. Возраст даже наиболее молодых гранитов насчитывает 2 миллиона лет, в то время как возраст человечества измеряется всего лишь десятками тысячелетий. Возраст самых древних гранитов исчисляется миллиардами лет.Геологи называют гранит «визитной карточкой» планеты Земля. Многие другие горные породы встречаются и на других планетах и их спутниках, имеющих твердую поверхность, а вот гранит не обнаружен пока нигде, кроме Земли.

Геологи XVIII века связывали происхождение гранита с древним океаном. Они считали, что из морской воды на дно оседали кристаллы, из которых и образовался гранит.

В начале XIX века появилась другая теория. Ученые считали, что гранит породила вулканическая магма. Эти ученые представляли себе процесс формирования гранита следующим образом: горячие водные растворы, идущие из земных глубин, растворяют некоторые химические элементы, входящие в состав горных пород. Их место занимают другие элементы, принесенные водными растворами, так и образуется гранит.

Современную теорию процесса образования гранита объяснил американский геолог Н. Боуэн. (Приложение 2, фото 1) Он связал происхождение этой горной породы с кристаллизацией базальтовой магмы. Это объясняет, откуда гранит мог взяться на Земле, если его нет на других планетах и спутниках Солнечной системы, ведь базальтовые породы там есть. Кристаллизация минералов в базальтовой магме идет в определенной последовательности, которая была названа «рядом Боуэна». Происходит постепенное обогащение расплава различными легкоплавкими химическими элементами – натрием, калием, кремнием. Результатом этого процесса и становится гранит.Камень гранит – результат сложных процессов, происходящих в природе, образование его продолжается много тысячелетий. Рисунок на камне столь же уникален, как отпечатки пальцев человека, и в мире не найдется даже двух одинаковых кусков гранита.

1.3. Состав и свойства гранита

Слово гранит имеет латинское происхождение. Понятие переводится, как «гранула». Имя горная порода получила благодаря своей зернистой структуре.

По своим составляющим эта горная порода относится к полиминеральным. Одним из основных элементов, входящих в состав гранита, является полевой шпат. Он представляет собой минерал силикатной группы. Как правило, в граните его не менее 50%. Этот породообразующий минерал присутствует в породе в виде калиевого полевого шпата (ортоклаза, адуляра). Другой важной составляющей гранита является кварц – очень твёрдый породообразующий минерал. На его долю остается около 30% от общего объема породы. Вкрапления его выглядят как небольшие стекловидные зернышки. В природном состоянии кварц бесцветен, а как горная порода в составе гранита приобретает различную окраску – жёлтую, розовую, красную, фиолетовую и другие.

Минералы, входящие в состав гранита, могут окрашивать эту горную породу в разные цвета. Ортоклаз определяет цвет камня. Самой распространенной является светло-серая окраска. В России распространен материал красного цвета. В минеральный состав гранита с таким ярким окрасом входит полевой шпат, имеющий кристаллы гематита (оксида железа). Именно они придают горной породе кроваво-красный оттенок.

Гранулы минералов в камне бывают крупные и мелкие. Первый вариант – следствие медленного остывания раскаленных минеральных масс под поверхностью Земли. Второй случай, напротив, — свидетельство быстрого затвердения породы. Она лежит в основе почти всех континентов, являясь самой распространенной на планете среди нерудных материй.

Всякий гранит зернист. Его происхождение связано с вулканическими процессами. Магматические расплавы, принимающие в себя мелкие обломки ранее разрушенных пород, при остывании превращаются в граниты.

Гранит долговечен. Эта горная порода может служить долговечно, сохраняя свой первоначальный внешний вид.

Гранит очень прочный. Изделия из него не подвержены износу. Кварц – минерал в составе гранита – делает эту горную породу настолько прочной, что при её обработке, шлифовке и резке используют пилы со специальным алмазным покрытием.

Гранит устойчив к влаге, практически водонепроницаем, не впитывает воду и не подвергается воздействию осадков. Он устойчив к любым воздействиям внешней среды.

1.4. Добывание и применение гранита

Гранит добывают в Болгарии, Бразилии, Испании, Португалии. В России этим природным материалом особенно славятся Карелия и Кольский полуостров. Добыча сводится к вскрытию месторождения с помощью вертикальной траншеи, которая идет внутрь карьера. Применяются буровзрывной способ, метод воздушной подушки и камнерезный. В первых двух случаях применяются специальные буры. Делается отверстие, в которое либо закладывается заряд, либо закачивается воздух. В результате монолит разламывается на крупные куски (Приложение 3, фото 1).

В Европе признанный поставщик природного камня – Италия. Месторождения этой страны известны с древнейших времен, а творения итальянских зодчих и скульпторов – важная часть мирового культурного наследия. Именно в эту страну везут на обработку камни. Гранит добывают из недр земли, на ее поверхности. Раньше это делали с помощью кирки и молотка, сейчас — с помощью взрывов. Производят взрыв, затем экскаваторы подбирают куски гранита, дробильные машины измельчают его в щебенку, отправляют на завод, где обрабатывают из других европейских стран, а разработанные итальянскими мастерами каменного дела технологии применяются и в Индии, и в Пакистане, и в России.

Гранит в далеком прошлом использовался повсеместно. Из гранита изготавливались архитектурные сооружения и древнеегипетские саркофаги. Известны средневековые гранитные замки в Европе, величественные китайские храмы. Ведь гранит является символом вечного дыхания природы.

Гранит является одной из самых плотных, твёрдых и прочных пород. Используется в строительстве в качестве облицовочного материала. Гранитом отделывают мосты и тротуары, площади и автомобильные дороги. В руках архитектора гранит может превратиться в произведения искусства, которые будут жить вечно.

Кроме того, гранит совсем не пропускает влагу и имеет высокую устойчивость к морозу и загрязнениям. Вот почему он хорош для мощения как внутри помещения, так и снаружи. Однако стоит помнить, что такое помещение будет иметь несколько более высокий радиационный фон, в связи с чем, не рекомендуется облицовывать гранитом жилые помещения.

Гранит применяется также для отделки стен, лестниц, создания столешниц и колонн. (Приложение 3 , фото 2)

2. Практическая часть 2.1. Исследование образцов гранита

Оборудование и материалы:

лупа, стальная игла, стакан с водой, молоток, металлическая пластина, гвоздь,

образцы гранита (15 штук).

План работы: ознакомление с образцами гранита.

Цель – изучить внешний вид и свойства гранита, определить его состав.

На одном из занятий по проектной деятельности «Введение в естествознание» мы изучали новую тему «Химия и география». Химия – это наука о веществах и их свойствах. География – в переводе с греческого означает – землеописание. География описывает нашу планету: океаны и материки, озёра и реки, низменности и горы. Природу земной поверхности изучает физическая география. Земная поверхность содержит в себе много полезных ископаемых. Полезные ископаемые могут быть рудными и нерудными. В природе практически не бывает абсолютно чистых веществ. Значит, полезные ископаемые – это природные смеси. К нерудным полезным ископаемым относятся природные камни. Следовательно, природный камень – это тоже смесь. В состав каменной смеси ходят различные минералы (вещества). Каждое вещество обладает своими определёнными свойствами: прочностью, цветом. Цвет камня зависит от цвета минералов, входящих в его состав.

На занятии мы изучали известную горную породу, про которую говорят, что:

— свойства её стали образцом мужского характера;

— она олицетворяет мощь, силу, неподвластность времени.

Ещё про эту породу известно, что:

— она лежит в основе всех континентов;

— из неё сложена третья по высоте гора в мире. Пик именуется Канченджанга, высота горы равна 8586 метров, вершина находится в Гималаях и уступает Эвересту всего 262 метра;

— в России имеется около 200 месторождений, в том числе – на Урале, Карелии и Кольском полуострове;

— её добывают на Карельском перешейке, ею богат Выборгский район;

— монументы из этой породы являются «визитными карточками Санкт-Петербурга». (Приложение 3, фото 3)

Это – гранит. Мы вспомнили «Медного всадника», установленного на Сенатской площади, Александровскую колонну на Дворцовой площади.

В ходе работы мы изучили внешний вид и свойства гранита. Описание результатов наблюдений представлено в таблице 1 «Исследование свойств гранита».

Таблица 1. Исследование свойств гранита

Затем, с помощью лупы мы исследовали образцы гранита, чтобы определить его состав. Мы положили перед собой камни и внимательно рассмотрели их. Даже невооружённым глазом можно различить три составляющих этой породы.

Одно из них – бесцветные или слабо окрашенные кристаллики твёрдого вещества. Это – кварц. Если провести по нему стальной иглой, то на нём не останется никаких следов. Прочность – отличительное свойство кварца. Благодаря этому свойству минерала, входящего в состав гранита, сам гранит тоже является очень прочным камнем.

Второе вещество, которое мы рассмотрели – это слюда. Она представляет собой блестящие чешуйки. Чешуйки можно сковырнуть стальной иглой.

Третье вещество, которое входит в состав гранита – это полевой шпат. Минерал с сероватым или розоватым оттенком. Полевой шпат и блестящие чешуйки слюды оказываются мягкими – стальная игла оставляет на них царапину.

Результат ознакомления с образцами изложен в виде таблицы 2 «Исследование свойств минералов, входящих в состав гранита».

Таблица 2. Исследование свойств минералов, входящих в состав гранита

Вывод: каждое вещество, из которого состоит гранит, обладает своими свойствами. Значит, гранит – это неоднородная природная смесь, состоящая из трех минералов: кварца, слюды и полевого шпата.

2.2. Творческая работа. Роспись камней

Цель: расписать камни для украшения цветочных клумб на пришкольном участке. (Приложение 4, фото 1,2,3)

30 декабря 2017 года в нашей школе проводился «День добрых дел». Мы решили заняться творческим проектом, чтобы сделать доброе дело для нашей школы. Несколько небольших гранитных камней покрыли специальной грунтовкой, дали высохнуть. Затем мы их расписали акриловыми красками. Каждый участник проекта проявил свою творческую фантазию. Весной, когда растает снег, выставим на пришкольный цветник каменные «домики», «рыбки», «божьи коровки». (Приложение 4 , фото 4)

Заключение

В ходе работы я узнала много новой, интересной и полезной информации о смесях, которые существуют в природе.

Гипотеза подтвердилась: гранит – это природная смесь, состоящая из трёх минералов: кварца, слюды и полевого шпата.

Выводы

1. В природе абсолютно чистых веществ не бывает. Вещества содержат примеси. В природе распространены смеси веществ. Смеси могут быть однородными и неоднородными. По агрегатному состоянию смеси бывают: жидкими, газообразными и твёрдыми. Смеси можно разделить физическими способами (отстаиванием, фильтрованием, флотацией, кристаллизацией, дистилляцией и другими).

2. Гранит – это горная порода, представляющая собой природную смесь минералов. В его состав входят: кварц, слюда и полевой шпат. Каждое вещество обладает своими свойствами.

3. В ходе работы проведены опыты по наблюдению физических свойств гранита и минералов, входящих в его состав. Кварц придает граниту прочность и твердость, слюда – блеск, полевой шпат – цвет.

4. Из анализа результатов проведенной работы следует, что свойства гранита зависят от свойств веществ, образующих эту горную породу.

5. В проектной деятельности приняли участие мои одноклассники. Все вместе расписали гранитные камни для украшения пришкольного цветника.

Список литературы

Ахлебинин А., Габриелян О., Остоумов И. Старт в химию. 7 класс. – М.: Дрофа, 2010 .

Габриелян О.С. Химия. 8 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений – М.: Дрофа, 2013 – 267с.

Гуревич А.Е. Преподавание физики и химии в 5-6 классах средней школы. – М.: Просвещение, 1995. – 64 с.

Журин А.А., Зазнобина Л.С. Начала химического эксперимента: Практические занятия по химии. 8-й класс сред.общеобразоват. школы. –М.: Школьная Пресса, 2001 – 128 с.

Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. Пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1975 – 303с.

Электронный ресурс: www.kakprosto.ru/kak-853246-kak-v-prirode-obrazuetsya-granit

Приложения

Приложение 1

Фото 1. Гранит – природная смесь.info-torg.ru

Фото 2. Нефть. Latynka.org

Фото 3. Нерудные материалы.baltstoykom.ru

Приложение2

Фото 1. Н. Боуэн bestkeys.club

Приложение 3

Фото 1.Добывание гранита. bk-brest.by

Фото 2 .Гранитные колонны. kamnemir. ru

Фото 3. Монумент Петру.

Приложение 4. Фото 1. Творческий проект.

Фото автора.

Просмотров работы: 724

10 Примеры смесей

Смесь получается, когда два вещества соединяются физически, но не вступают в химическую реакцию. Эти два типа смесей представляют собой гомогенные смеси и гетерогенные смеси. Вот 10 примеров смесей и посмотрите, являются ли они однородными или неоднородными.

Гомогенные смеси

Гомогенная смесь — это смесь, которая имеет однородный состав. Образцы, взятые из разных частей однородной смеси, имеют одинаковый химический состав.Гомогенная смесь состоит из одной фазы (например, твердой, жидкой, газовой).

Гетерогенные смеси

Гетерогенные смеси не обладают однородным составом. Образцы, взятые из разных частей смеси, не будут иметь одинаковый состав. Обычно вы можете механически разделить компоненты неоднородной смеси (например, удалив камни из смеси камней и песка). Составляющие гетерогенной смеси могут быть одной и той же фазой (например, масло и вода, которые оба являются жидкими) или разными фазами (оливки в масле, которые являются твердым и жидким).

Примеры смесей

1. Воздух — это однородная смесь газов. Однако атмосфера Земли представляет собой неоднородную смесь, поскольку содержит облака.
2. Сплавы обычно представляют собой однородные смеси металлов. Примеры однородных сплавов включают бронзу, латунь, золото 585 пробы, сталь, амальгаму и стерлинговое серебро. Однако некоторые сплавы содержат несколько фаз и представляют собой гетерогенные смеси.
3. Если твердые вещества не плавятся вместе, они обычно представляют собой гетерогенные смеси.Примеры включают смесь цветных конфет, коробку игрушек, соль и сахар, соль и песок, корзину овощей и коробку игрушек.
4. Смеси с двумя фазами всегда являются гетерогенными смесями. Примеры включают лед в воде, соль и масло, лапшу в бульоне, песок и воду.
5. Многие обычные жидкости представляют собой гомогенные смеси. Примеры включают жидкость для мытья посуды, шампунь, уксус, вино и водку.
6. Точно так же многие обычные жидкости представляют собой гетерогенные смеси. Примеры включают апельсиновый сок с мякотью и заправкой для салата.
7. Несмешивающиеся жидкости образуют гетерогенные смеси. Примеры включают масло и воду, расплавленное серебро и свинец, а также пентан и уксусную кислоту.
8. Химические растворы — это гомогенные смеси, содержащие ту же фазу, что и их растворитель.
9. Некоторые гомогенные смеси являются составными частями гетерогенных смесей. Например, битум — это однородная смесь, входящая в состав асфальта (гетерогенная смесь).
10. Некоторые смеси на расстоянии кажутся однородными, но при ближайшем рассмотрении — неоднородными.Примеры включают почву, кровь и песок.

Сложности при идентификации однородных и неоднородных

Некоторые смеси кажутся однородными невооруженным глазом, но неоднородны при увеличении. Кровь — хороший пример. Жидкость и различные клетки не видны, кроме как под микроскопом.

Иногда смесь может переключаться между однородной и неоднородной в зависимости от условий. Например, неоткрытая бутылка газировки представляет собой однородную смесь. Когда бутылка открывается и давление падает, образуются пузырьки углекислого газа.Пузырьки в жидкости делают ее неоднородной.

Примеры, не являющиеся смесями

Технически, всякий раз, когда вы объединяете два или более веществ и происходит химическая реакция, в результате получается не смесь (по крайней мере, до тех пор, пока реакция не закончится).

• Объединение ингредиентов для выпечки печенья или торта образует то, что в кулинарии называется «смесью». Но между ингредиентами происходит химическая реакция. Конечный результат (печенье или торт) — неоднородная смесь.
• При смешивании пищевой соды и уксуса возникает химическая реакция. Конечным результатом может быть раствор ацетата натрия в воде или смесь, содержащая воду, ацетат натрия и либо избыток уксуса, либо нерастворенную пищевую соду.

Ссылки

• IUPAC (1997). «Смесь.» Сборник химической терминологии (2-е изд.). («Золотая книга»). Оксфорд: Научные публикации Блэквелла. ISBN: 0-9678550-9-8. DOI: 10.1351 / goldbook
• Weast R. C., Ред. (1990). CRC Справочник по химии и физике . Бока-Ратон: Издательская компания по производству химического каучука. ISBN 978-0-8493-0470-5.
• Whitten, K.W .; Gailey, K. D .; Дэвис, Р. Э. (1992). Общая химия (4-е изд.) Филадельфия: издательство Saunders College. ISBN 978-0-03-072373-5.

Связанные сообщения

Примеры смесей

Смеси

Смеси везде, куда ни глянь. Существует бесконечное количество смесей.Все, что вы можете комбинировать, является смесью. Фактически, большинство вещей в природе представляют собой смеси. В химии смесь — это материальная система, состоящая из двух или более различных веществ, которые смешаны, но не соединены химически. Смесь относится к физическому сочетанию двух или более веществ, идентичность которых сохраняется, и смешанных в форме растворов, суспензий и коллоидов. Посмотрите на скалы, океан или даже на атмосферу. Все они являются смесями, и в смесях речь идет о физических, а не химических свойствах.Это утверждение означает, что отдельные молекулы любят находиться рядом друг с другом, но их основная химическая структура не меняется, когда они входят в смесь. Если бы химическая структура изменилась, это называлось бы реакцией, а не смесью.

Когда вы видите дистиллированную воду, это чистое вещество. Это означает, что в жидкости есть только молекулы воды. Смесь представляет собой стакан воды с растворенными в ней другими вещами, может быть, один из тех порошков, которые вам нравятся. Каждое из веществ в этом стекле сохраняет свои химические свойства.Итак, если у вас есть растворенные вещества в воде, вы можете вскипятить воду и все еще оставить растворенные вещества. Если вы добавили немного соли в воду, а затем вскипятили воду, соль останется в кастрюле.

Если положить песок в стакан с водой, он считается смесью. Всегда можно отличить смесь, потому что каждое из веществ может быть выделено из группы разными физическими способами. Вы всегда можете удалить песок из воды, отфильтровав воду.Если вы были заняты, вы можете просто оставить смесь песка и воды в покое на несколько минут. Иногда смеси расслаиваются сами по себе. Когда вы вернетесь, вы обнаружите, что весь песок опустился на дно. Гравитация помогла вам с разделением. Смесь также может состоять из двух жидкостей; даже такие простые вещи, как масло и вода.

Примеры смесей:

1. Смеси однородные

Просто любая смесь, однородная по составу. Гомогенная смесь — это смесь, состав которой однороден, и каждая часть раствора имеет одинаковые свойства.В организме человека плазма крови является примером однородной смеси. Это бесцветная жидкость, удерживающая клетки крови во взвешенном состоянии. Он составляет чуть больше половины объема крови человека. Вдыхаемый воздух представляет собой однородную смесь кислорода, азота, аргона и углекислого газа, а также других элементов в меньших количествах. Поскольку каждый слой атмосферы Земли имеет разную плотность, каждый слой воздуха представляет собой собственную однородную смесь.

2. Смеси сплавов

Это одни из самых важных смесей, являющихся сильными металлами.Эти особые металлы представляют собой смесь двух металлов, соединенных вместе для их усиления. Например, латунь — это смесь цинка и меди. Нержавеющая сталь представляет собой смесь хрома и никеля.

3. Смеси обыкновенные

Еда, например сладкий пирог, когда смешаны мука, сахар, масло и молоко. Если смешать кофе с водой, получится свежезаваренный напиток. Другие распространенные смеси, встречающиеся в окружающей среде: когда дым и туман смешиваются, в результате возникает туман. Океанская вода представляет собой смесь воды и соли.Даже вдыхаемый воздух представляет собой смесь кислорода, азота и газов.

Смеси II: Тест на разделение
Тест по смесям и соединениям
Факты по смесям
Смеси I: Классификационный тест
Тест по смесям
Примеры гомогенных смесей
Примеры гетерогенных смесей
Факты по соединениям
Задачи со словами — Работа, Скорость, Тест по смесям
Рабочие листы 2-го класса Free Science, Примеры игр и викторин

Mixture

Смеси Факты

Смеси

Как различать чистые вещества и смеси

2. Образование
3. Наука
4. Химия
5. Как различать чистые вещества и смеси

Химики могут классифицировать вещества как твердые, жидкие или газообразные. Но есть и другие способы классификации материи — например, чистые вещества и смеси. Классификация — один из основных процессов в науке. Все вещества можно классифицировать как чистые вещества или смеси.

Классификация материи.

Чистые вещества

A чистое вещество имеет определенный и постоянный состав — как соль или сахар. Чистое вещество может быть элементом или соединением, но состав чистого вещества не меняется.

Элементы

Элемент состоит из одного типа атомов. Атом — это самая маленькая частица элемента, обладающая всеми свойствами этого элемента.

Вот пример: золото — это элемент.Если вы разрежете и разрежете кусок золота до тех пор, пока не останется только одна крошечная частица, которую уже нельзя измельчить без потери свойств, которые делают золото , золото , то у вас есть атом.

У всех атомов элемента одинаковое количество протонов. Протоны — это субатомные частицы — частицы атома. Элементы — это строительные блоки материи. И они представлены в странной таблице, которую вы, возможно, когда-то видели, — периодической таблице.

Соединения

Соединение состоит из двух или более элементов в определенном соотношении.Например, вода — это соединение, состоящее из двух элементов: водорода (H) и кислорода (O). Эти элементы сочетаются особым образом — в соотношении двух атомов водорода к одному атому кислорода, известному как:

Многие соединения содержат водород и кислород, но только одно из них имеет особое соотношение 2: 1, которое мы называем водой. Составная вода имеет физические и химические свойства, отличные от водорода и кислорода — вода представляет собой уникальное сочетание двух элементов.

Химики не могут легко разделить компоненты соединения: им приходится прибегать к какой-то химической реакции.

Смеси

Смеси — это физические комбинации чистых веществ, которые не имеют определенного или постоянного состава — состав смеси зависит от того, кто ее готовит.

Хотя химики испытывают трудности с разделением соединений на их конкретные элементы, различные части смеси могут быть легко разделены физическими средствами, такими как фильтрация.

Например, предположим, что у вас есть смесь соли и песка, и вы хотите очистить песок, удалив соль.Вы можете сделать это, добавив воды, растворив соль, а затем профильтровав смесь. В результате получается чистый песок.

Смеси могут быть однородными или неоднородными:

• Гомогенная смесь, иногда называемая раствором , относительно однородна по составу; каждая порция смеси такая же, как и любая другая порция.

  Например, если вы растворите сахар в воде и хорошо его перемешаете, ваша смесь будет в основном одинаковой, независимо от того, где вы ее пробу.

• Гетерогенная смесь — это смесь, состав которой меняется от позиции к позиции в образце.

  Например, если вы кладете сахар в банку, добавляете немного песка и затем несколько раз встряхиваете банку, ваша смесь не будет иметь одинаковый состав во всей банке. Поскольку песок тяжелее, вероятно, на дне банки больше песка, а наверху больше сахара.

Выделение натурального продукта (2) — методы очистки, обзор

Как получить чистое соединение из неочищенной смеси: 5 основных методов очистки

Ранее мы показали несколько примеров получения сырых экстрактов из растений и других организмов .Хотя иногда (редко) нам везет и мы получаем экстракт, состоящий преимущественно из одного соединения, более характерной является ситуация, когда получается смесь соединений. Например, газовая хроматография (ГХ) масла лаванды говорит сама за себя, с 36 отмеченными соединениями (и даже больше, если вы прочесываете базовый уровень).

В этом посте мы рассмотрим некоторые фундаментальные методы разделения и очистки сырых смесей, которые можно получить из экстрактов натуральных продуктов.

Главный вопрос, на который мы хотим ответить: какие есть варианты очистки сырой смеси на компоненты?

Сегодня мы рассмотрим пять ключевых методов. Пошли!

Содержание

1. Использование преимуществ химических свойств (кислотно-щелочная)
2. Разделение по разнице температур кипения (дистилляция)
3. Кристаллизация
4. Хроматография
5. Газовая хроматография (ГХ) и высокоэффективная жидкостная хроматография ( ВЭЖХ)
6. Заключение: методы очистки
7. Примечания

1.Химические свойства (кислотно-основные)

Один из старейших (и до сих пор широко используемых) методов выделения натуральных продуктов заключается в изменении pH и, следовательно, водорастворимости кислотных и основных молекул в смеси. Это связано с тем, что некоторые основные и кислотные молекулы могут легко превращаться в соли , что значительно увеличивает их растворимость в воде. Этот процесс обычно является обратимым, так что после отделения заряженной соли от остальной смеси мы можем восстановить исходные кислотные или основные частицы.

Вот общий обзор.

Допустим, ваша сырая смесь имеет молекулу, которая может действовать как основание, например амин. В своей нейтральной форме большинство аминов растворимы только в органических растворителях, таких как диэтиловый эфир или дихлорметан. Однако, если снизить pH примерно до 1 или около того, амин будет протонирован, образуя соль аммония (его сопряженная кислота). Соль, теперь несущая заряд, тогда будет иметь значительную растворимость в воде, поэтому экстракция смеси водой отделит соль от сырой смеси.Затем можно собрать водную фазу и довести pH до нейтрального путем добавления основания. Это нейтрализует кислоту, вызывая осаждение амина из водной фазы. Нейтральный амин можно экстрагировать органическим растворителем.

Вот типичная схема (нажмите, чтобы развернуть)

Класс натуральных продуктов, называемых алкалоидами, был одним из первых, которые были выделены в виде чистых молекул из-за их кислотно-основных свойств.Например, вот картина, на которой немецкий химик Фридрих Сертюрнер тусуется со своими приятелями после выделения морфина в 1824 году. [Это, кстати, переосмысление сцены художником Робертом Томом, а не постановочный портрет.]

Это тоже работает. наоборот, для кислых компонентов. Например, можно растворить неочищенный экстракт в органическом растворителе, а затем экстрагировать сильным основанием (pH 14). Любые компоненты с кислотными функциональными группами (такие как карбоновые кислоты) будут преобразованы в их сопряженные основания, и полученные соли будут относительно водорастворимыми.Затем водный экстракт можно удалить, а затем повторно подкисить, чтобы регенерировать исходное соединение. Затем экстракция органическим растворителем приводит к отделению кислоты.

Вот примерная схема (нажмите, чтобы увеличить). Версия PDF

Разделение кислотных и основных компонентов из сырой смеси часто является одним из первых шагов в разделении компонентов экстракта сырого природного продукта. Это может сэкономить много времени на очистку, если заранее известно, что желаемое интересующее соединение является кислотным или основным.

2. Разделение по разнице температур кипения (дистилляция)

Дистилляция — один из наиболее известных методов очистки: колба, содержащая смесь, нагревается до кипения, а пар конденсируется и собирается. Следим за температурой пара термометром и отмечаем температуру кипения каждой фракции. Состав пара является функцией точек кипения компонентов в соответствии с законом Рауля (отношения давлений пара).

Масло, подобное экстракту лаванды, состоит из множества различных компонентов с разными молекулярными массами и температурами кипения.Теоретически нужно уметь разделять компоненты дистилляцией, верно?

На практике использовать обычное лабораторное оборудование не так просто, если нет хорошего разделения между точками кипения (40 ° C — хорошее практическое правило). Можно несколько увеличить разделительную способность дистилляции, используя ректификационную колонну, что приводит к большему количеству циклов конденсации-испарения и лучшему разделению.

[Масштаб также является проблемой. При менее чем 1 мл жидкости становится трудно провести эффективную дистилляцию, потому что трудно равномерно нагреть жидкость.В небольших масштабах есть инструменты, такие как Kugelrohr, которые могут помочь.]

Что, если вы хотите выйти за рамки «обычного лабораторного оборудования»? Ну, вы могли бы построить нефтеперерабатывающий завод.

[Эти высокие башни представляют собой дистилляционные колонны]

В конце концов, задача нефтеперерабатывающего завода состоит в том, чтобы взять сырую нефть, разделить компоненты по их точкам кипения и подготовить полученные фракционные дистилляты для продажи в виде бензина, дизельного топлива, керосина, струи топливо и другие (остаточный мусор, который не перегоняется, мы называем «асфальтом»).

То, что мы называем «бензином», на самом деле представляет собой смесь из более чем 200 различных углеводородов от C4 до C12, температура кипения которых составляет 40-200 градусов Цельсия. При достаточно большой установке для дистилляции эти компоненты могут быть дополнительно разделены на отдельные компоненты, такие как пентан, гексан, гептан и т. Д., Которые используются в качестве тонких химикатов.

3. Кристаллизация

Мы все знакомы с кристаллами и процессом перекристаллизации, по крайней мере, в некоторой степени. Но как с помощью кристаллизации получить чистые соединения из сырой смеси?

Вот повседневный пример, имеющий историческое значение.При осмотре пробок или дна некоторых вин можно обнаружить крошечные прозрачные осколки, напоминающие битое стекло. Эти «винные алмазы» на самом деле представляют собой кристаллы дитартрата калия, который медленно кристаллизуется из вина по мере увеличения содержания алкоголя. [Дитартрат калия полностью растворим в (безалкогольном) виноградном соке, но плохо растворим в этаноле]. Следовательно, кристаллы битартрата отделены от множества других соединений, присутствующих в вине.

Возможно, вы знаете, что кристаллы тартрата также примечательны тем, что их исследование Луи Пастера привело к открытию оптической изомерии.

Общий метод перекристаллизации следующий:

1. Обзор растворителей . Изучите множество потенциальных растворителей для сырой смеси. Идеальный растворитель для перекристаллизации растворяет всю смесь при высокой температуре, но не при низкой.
2. Неочищенную смесь растворить при высокой температуре, пока не перестанут оставаться твердые частицы. Возможно, потребуется отфильтровать все нерастворимые материалы.
3. Дайте смеси спокойно остыть. При более медленном охлаждении кристаллы становятся больше.

Если вам повезет, вы можете быть вознаграждены появлением сверкающих кристаллов на дне колбы. Если перекристаллизации не происходит, можно поцарапать колбу, чтобы создать места зародышеобразования для образования кристаллов. [Одна из легенд, связанных с происхождением названия «барбитуровая кислота», заключалась в том, что она была названа так потому, что ее кристаллизации помогло то, что химики почесали покрытую перхотью бороду («barba» на латыни) над чашей для кристаллизации.Химики никогда не были известны своей гигиеной.]

Если это все треп, то вот видео из Массачусетского технологического института.

Другой метод заключается в добавлении небольшого количества сорастворителя к горячей растворенной сырой смеси, в которой некоторые компоненты, как известно, нерастворимы. [Видео]

Еще несколько десятилетий назад перекристаллизация была одним из немногих методов химической очистки и определения характеристик, доступных химикам. Если у вас не было кристаллов, забудьте об этом.[Примечание 1]. Это могло привести некоторых химиков к отчаянным мерам.

Кристаллизация — это почти что идеальный метод очистки, насколько это возможно. Продукты, как правило, очень чистые (в отличие от смесей, которые иногда можно получить с помощью дистилляции), они просты в эксплуатации, относительно дешевы и могут производиться в масштабах от нескольких миллиграммов до сотен килограммов (и, вероятно, больше). [Примечание]

Попытка очистить такое количество материала с помощью хроматографии (см. Ниже) — это кошмар.

Единственная проблема заключается в том, что не все соединения образуют кристаллы, и иногда поиск условий, при которых будет происходить селективная перекристаллизация одного соединения, может занять очень много времени. [Примечание 2]

Еще одно важное замечание по поводу кристаллизации — это то, что структура неизвестных соединений может быть определена методом, называемым рентгеновской кристаллографией. Так Дороти Кроуфут Ходжкин определила структуру витамина B12, за работу за которую в 1964 году была удостоена Нобелевской премии.Рентгеновская кристаллография — это золотой стандарт определения структуры: за очень немногими исключениями, если вы можете заставить соединение кристаллизоваться, вы можете определить его структуру.

Не все органические молекулы могут образовывать кристаллы. Те, которые часто могут иметь довольно жесткие структуры с одним или несколькими кольцами, или являются солями. [Одна из причин, по которой ранняя органическая химия сосредоточилась на стероидах, гетероциклах и, в меньшей степени, алкалоидах, заключается в том, что они относительно легко кристаллизуются, что очень важно в те дни, когда еще не было современных методов хроматографии].Раньше одним из способов решения проблемы молекул, которые не кристаллизовались, было создание производных, таких как гидразоны или бисульфитные аддукты, которые обычно были кристаллическими или имели характерные точки плавления. Мы по-прежнему заставляем многих студентов бакалавриата пройти через эту ритуал, хотя полезность создания производных инструментов давно миновала.

Если вас интересует дополнительная информация о кристаллизации, у Брэндона Финдли есть интересная статья на Chemtips.

Мы завершаем этот раздел несколькими кристально гламурными снимками.

4. Хроматография

Для всего, что не может быть легко очищено перегонкой или перекристаллизацией, существует колоночная хроматография. По правде говоря, для большинства лабораторных химиков, работающих в типичном лабораторном масштабе (от нескольких миллиграммов до нескольких граммов исходного материала), колоночная хроматография является методом разделения. Как лучший ответ на дилемму заключенного, это может быть не идеальное решение, но, по крайней мере, у вас обычно есть уверенность в том, сколько времени это вам будет стоить.

Как работает хроматография? Лучшая быстрая аналогия, которую я могу придумать, — это липучка. Представьте себе напольный ковер из «крючков» на липучках. Затем представьте, что вы идете по нему в обычных кроссовках. Нет проблем, правда? Красиво и гладко! Теперь, , представьте, что подкладываете нижнюю часть ваших кроссовок «пухом» на липучке и делаете то же самое. Вы будете ходить намного медленнее и, кроме того, издадите надоедливые звуки.

«липучка» в нашей аналогии представляет взаимодействия между (полярным) силикагелем, набитым в колонке («неподвижная фаза»), содержащим свободные группы ОН, и любыми полярными группами, растворенными в растворителе («подвижная фаза»). по мере их прохождения через колонку.Чем больше полярных групп имеет соединение, тем больше у него взаимодействий водородных связей с полярным силикагелем и тем медленнее оно будет двигаться вниз по колонке (как в нашем примере на липучке). «Жирные» соединения — соединения с небольшим количеством полярных групп — будут быстро двигаться вниз по колонне, так как они будут очень мало взаимодействовать с силикагелем (как при ходьбе по ковру на липучке в «обычной» обуви].

Поскольку это превращается в еще один смехотворно длинный пост, я не хочу вдаваться в подробности хроматографии и рад отослать вас к множеству замечательных ресурсов в Интернете (например,грамм. Youtube), где вы можете узнать больше о том, как вести колонку. Опять же, Брэндон Финдли из Chemtips написал целую серию статей, которые я рекомендую.

Вот примерный план работы колонки.

1. При использовании пластин для тонкослойной хроматографии (ТСХ) разбавленные образцы сырой смеси «наносятся» и помещаются в различные смеси растворителей, чтобы найти условия, при которых может произойти хорошее разделение.
2. В зависимости от количества разделяемого материала выбирается соответствующий размер колонки, заполненной силикагелем и исходным растворителем (обычно гексаном).
3. Сырой материал загружается в верхнюю часть колонки, растворенный в минимальном количестве неполярного растворителя.
4. Элюент («подвижная фаза» системы растворителей, определенная в ходе экспериментов ТСХ) добавляют в верхнюю часть колонки и прикладывают давление.
5. Растворитель пропускается через колонку и собирается в небольшие пробирки. Внешний вид различных продуктов контролируется с помощью ТСХ (и УФ-ламп, если материал поглощает УФ-излучение — многие так и поступают!).
6. После определения того, какие пробирки содержат какие соединения (с помощью ТСХ), фракции собираются и концентрируются, а затем исследуются с помощью метода спектроскопии, такого как ЯМР (подробнее об этом в будущих публикациях).

Если у вас под рукой несколько колонок, вы можете выполнить простейшую очистку менее чем за час в обычном масштабе (обычно для тестовых реакций 50–100 мг). Однако по мере того, как количество материала достигает шкалы> 10 г, мы начинаем искать другие методы — запуск колонки и удаление всего растворителя может занять большую часть дня в больших масштабах!

Заключительное примечание. В малых масштабах (менее 50 мг) также может быть полезно попытаться провести препаративную тонкослойную хроматографию , которая включает использование планшета гораздо большего размера.После проявления различные фракции могут быть визуализированы с помощью УФ-излучения (если соединение поглощает УФ-излучение), кремнезем соскребается, а соединения удаляются из силикагеля с помощью растворителя, такого как этилацетат. Вот фото.

5. Газовая хроматография (ГХ) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

Хорошо, так что, возможно, у вас нет килограмма сырого материала для очистки. Может быть, у вас нет даже грамма или 10 миллиграммов. Может быть, у вас есть миллиграмм или меньше (не редкость для некоторых природных продуктов!).К сожалению, все методы, упомянутые выше, из . К счастью, есть еще вариант. На помощь приходят ГХ и ВЭЖХ!

ГХ и ВЭЖХ требуют дорогостоящих инструментов и значительных временных затрат на изучение того, как их использовать, и определенно доступны не во всех лабораториях. Однако с точки зрения обзора всех соединений, присутствующих в смеси, они не имеют себе равных. Никакой другой метод не может дать такого результата, как тот анализ масла лаванды (и его 36 соединений), который я поместил в начале этого поста.Или этот анализ смеси терпенов с помощью ВЭЖХ на 10 микролитрах материала. Посмотрите на это разделение [источник].

Не вдаваясь в подробности, это формы хроматографии, которые следуют тем же принципам, что и колоночная хроматография (см. Выше), за исключением того, что «колонка» намного меньше по диаметру и работает при значительно более высоких давлениях. Как следует из названия, «растворитель» (подвижная фаза) представляет собой инертный газ в случае ГХ и жидкость (часто гексан / ацетонитрил) в случае ВЭЖХ.

Помимо большой способности разделения, еще одним преимуществом ВЭЖХ и ГХ является тот факт, что анализ можно проводить на удивительно небольшом количестве образца. Например, приведенный выше образец был запущен на двух микро граммах. Твои потные отпечатки пальцев весят больше!

Если требуются чистые образцы, можно использовать ГХ и ВЭЖХ для выделения достаточного количества материала, позволяющего полностью охарактеризовать соединение с использованием колонок большего размера. Это называется «препаративной» ГХ и ВЭЖХ и особенно ценно для небольших ценных образцов.Около 1 мг материала достаточно, чтобы полностью охарактеризовать неизвестное соединение с помощью наших современных спектроскопических методов (в основном ЯМР).

6. Заключение — Обзор методов очистки

Это был длинный пост. Смысл в том, чтобы дать обзор ключевых методов, используемых для очистки сырых смесей: 1) химические свойства, 2) дистилляция, 3) кристаллизация, 4) хроматография, 5) ГХ / ВЭЖХ.

Вот удобная таблица, в которой перечислены преимущества и недостатки каждого из весов.Мнение мое собственное. Разногласия приветствуются в комментариях.

В следующем посте мы выйдем за рамки этого обзора и начнем задавать вопрос: как вы охарактеризуете структуру чистого неизвестного соединения?

Примечания

1. Заслуженный профессор, с которым я работал, однажды сказал мне, что полная докторская степень в Германии в конце 19 века может включать нагревание различных соединений в течение нескольких дней с концентрированной кислотой с последующими различными попытками перекристаллизовать продукт из полученного продукта. суп.Целая докторская диссертация может состоять из характеристики продуктов одной реакции.
2. чувак. Тот же профессор рассказал историю (возможно, апроцифальную) об аспиранте, который был настолько разочарован неспособностью его соединения кристаллизоваться после бесчисленных попыток, что выпил мочу в чашу для перекристаллизации.