Кафедра общей и неорганической химии ЮФУ
Доцент В.Б. Налбандян
Методы разделения смесей, концентрирования и очистки веществ
Инструкция к лабораторной работе
В химии нет грязи. Грязь – это вещество в неподходящем для него месте
1. Общая часть
Разделение и очистка веществ – это сходные задачи. Разница в том, что разделение смеси предполагает получение в результате каждого из веществ в относительно чистом виде, а очистка означает выделение только одного (основного) вещества в относительно чистом виде, а прочие вещества (примеси) при этом теряются. Концентрирование применяется тогда, когда содержание нужного вещества в смеси очень мало, и первым этапом на пути его получения в чистом виде является повышение его содержания. Классический пример концентрирования – работа Марии Склодовской по выделению примерно 0,5 г радия из тонны урановой руды.
Все рассматриваемые методы основаны на различии в физико-химических свойствах веществ. Иногда преобладают физические явления, иногда – химические, хотя чёткую границу между ними можно провести не всегда. В данной работе рассматривается лишь несколько простейших методов, понятных даже без глубокой теоретической подготовки и не требующих сложного оборудования и большой длительности. За её пределами осталось много важнейших методов, широко используемых в технике, например, фракционная перегонка (в переработке нефти), зонная плавка (в производстве кремния полупроводниковой чистоты). центрифугирование (при разделения изотопов урана).
В ходе лабораторной работы каждый студент успевает выполнить лишь часть предлагаемых опытов (по указанию преподавателя), но в отчёте нужно описать все методы, объяснить, на чём основан каждый из них, в каких случаях он применим, а в каких нет, ответить на вопросы, имеющиеся в инструкции. Соответственно, каждый студент должен продемонстрировать остальным ход своей работы и результаты.
Обратите внимание, что смешивание (увеличение беспорядка) происходит самопроизвольно: в газах – всегда, в конденсированных системах – часто, примером чего является растворение твёрдых веществ, жидкостей и газов в воде и других жидкостях. А для разделения смесей обычно нужно предпринимать специальные усилия и затрачивать энергию. Поэтому утверждения о «безотходных производствах» не всегда правдивы: да, на заводах можно тщательно очищать сточные воды, отходящие газы и другие отходы, возвращать их в производство и не загрязнять природу в этом месте, но на это нужны реактивы, энергия и оборудование, а при их производстве будут возникать новые загрязнения в других местах.
2. Методы качественного анализа
Как доказать, что разделение произошло? В некоторых случаях это видно по цвету, но в других случаях нужны качественные реакции. В данной работе их всего три.
а) Растворимые в воде хлориды обнаруживаются по образованию плохо растворимого хлорида серебра при реакции с раствором AgNO3: Cl- + Ag+ → AgCl ↓. При высокой концентрации выпадает творожистый белый осадок, при малой – возникает слабое помутнение, причём не сразу, а в течение нескольких секунд.
б) Растворимые в воде сульфаты обнаруживаются точно так же по образованию сульфата бария при реакции с раствором BaCl2 или Ba(NO3)2:
SO42- + Ba2+ → BaSO4 ↓. Если сульфат нужно обнаружить в присутствии хромата или бихромата, то надо ещё добавить соляной или азотной кислоты, чтобы не выпал хромат бария, который помешает наблюдать образование сульфата.
В водопроводной воде есть и хлорид, и сульфат, и если пробирки вымыты только такой водой, то помутнение с AgNO3 и Ba(NO3)2 будет всегда. Вымытую посуду надо ополаскивать небольшим количеством дистиллированной воды.
в) Карбонаты, как растворимые в воде, так и плохо растворимые, обнаруживаются по выделению углекислого газа (шипению) под действием соляной или азотной кислоты:
СО32- + 2Н+ → Н2О + СО2 ↑.