Autor: Mgr. Stanislava Bubíková DĚLÍCÍ METODY Datum (období) tvorby: 28. 5. 2012 Ročník: osmý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Směsi 1
Anotace: Žáci se seznámí s nejčastěji používanými separačními metodami. V rámci tohoto modulu žáci uvedou použití jednotlivých metod v běžném životě nebo průmyslu. Popíší aparatury některých dělících metod. Uvedou možné použití metod pro rozdělení jednotlivých typů směsí. 2
Dělící (separační) metody fyzikálně-chemické metodyspočívající v oddělení (separování) složek směsí spočívají na principu rozdílné distribucidělených látek mezi různé nemísitelné fáze využívány pro kvalitativní (zjišťuje typ látky) i kvantitativní (zjišťuje množství látky) analýzu metody: filtrace, krystalizace, destilace, sublimace, extrakce, chromatografie Obr. č. 1: Usazování suspenze mouky ve vodě [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/fi le:waterandfloursuspensionliquid.jpg Obr. č. 2: Krystalizace látky z roztoku [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.o rg/wiki/file:verzadigingsgraa d_oplossingen.png 3
Filtrace metoda oddělování pevné látkyod kapalinyči plynuna porézní přepážce filtru použití: kávovar, odlučovače pevných částic v elektrárnách) Obr. č. 3: Filtrace [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file :Percolator_Cutaway_Diagram.png Obr. č. 4: Odlučovač (č. 25) před komínem [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:powerstation2.svg 4
Filtrační aparatura materiál filtru: filtrační papír, tkanina, písek, vata metoda odděluje části suspenze kapalný filtrát protéká, pevnou část (filtrační koláč) zachycuje filtr směs (suspenze) se lije po tyčince stopka nálevky se dotýká stěny kádinky Části aparatury: 1. Směs v kádince 2. Filtrační kruh 3. Stopka filtrační nálevky 4. Filtrát v kádince 5. Stojan 6. Tyčinka 7. Filtrační papír (v něm filtrační koláč) Obr. č. 5: Filtrace [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:filtracia.png 5
Filtrace v úpravnách vody pískový filtr voda protéká přes vrstvy písku o různé velikosti zrn Obr. č. 6: Úpravna vody [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:sand_filter.jpg Obr. č. 7: Pískový filtr [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/fil e:cement_biosand_filter_drawing.png 6
Krystalizace metoda oddělování částí roztoku: rozpuštěné pevné látky od kapaliny(rozpouštědla) probíhá růst krystalů(vytváření pravidelné struktury) snadno krystalizují látky s jednoduchou atomovou strukturou (kovy, jednoduché iontově a kovalentně vázané látky) použití: odsolování a výroba soli z mořské vody Obr. č. 8: Krystalizace soli z roztoku [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:salt-cristalls.jpg Obr. č. 9: Farma na výrobu soli, Thajsko [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:salt_farmers_-_pak_thale.jpg 7
Destilace metoda oddělování kapalných látek založená na různé těkavosti složek ve vroucí kapalné směsi nejdříve se ze směsi odděluje kapalina s nejnižší teplotou varu použití: zpracování ropy, výroba destilátů metanol t v = 65 C etanol t v = 78 C voda t v = 100 C 1. teploměr 2. destilační nástavec 3. destilační baňka 4. kahan 5. chladič 6. baňka s destilátem 7. alonž Obr. č. 10: Destilační aparatura [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:aparat ura_do_destylacji_2_ubt.svg 8
Jednoduchá destilace jednorázové částečné odpaření kapaliny spojené s kondenzací získaných par neumožňuje účinné oddělení jednotlivých složek využití: dělení látek s vysokým rozdílem bodu varu 1. zdroj tepla (zde Bunsenův kahan) 2. destilační baňka (s kulatým dnem) 3. spojovací trubice 4. teploměr 5. chladič 6. vtok chladicí vody 7. výtok chladicí vody 8. baňka s destilátem 9. odvod k vývěvě (při destilaci za sníženého tlaku) 10. alonž Obr. č. 11: Destilační aparatura [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:simple _chem_distillation.png 9
Rektifikace (frakční destilace) vícestupňová destilace, při níž se směs postupně rozděluje na jednotlivé složky účinnější rozdělení směsi kapalin než při destilaci teplota na dně kolony je maximální (360 C u zpracování ropy) využití: dělení látek s vysokým rozdílem bodu varu Obr. č. 12: Frakční destilace [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fract ional_distillation_lab_apparatus.svg 10
Rektifikace ropy nepřetržitý (kontinuální) proces probíhá v destilační koloně (průměr od 65 cm do 6 m a výška od cca 6 do 60 m) kolona má výstupy v potřebných intervalech, což umožňuje odběr frakcí (produktů) s různým bodem Produkty s nejnižší teplotou varu vycházejí na vrcholu kolony, s nejvyšší teplotou varu v její dolní části Obr. č. 13: Destilační kolona [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:colonne_distillazione.jpg 11
Sublimace skupenská přeměna pevné látky na plynnou bez vzniku kapalné fáze opačný proces = desublimace sublimace je využívána při lyofilizaci(sublimace vody z organického materiálu ve vakuu při teplotách od 50 C do 100 C jód led naftalen kyselina benzoová suchý led (pevný CO 2 ) 113,7 C pod 0 C 80 C 122,4 C -78,5 C Obr. č. 14: Sublimace jódu fyzikální děj [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:iodineevaporating.jpg Obr. č. 15: Kyselina benzoová [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:benzoid_acid.jpg Obr. č. 16: Suchý led [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Dry_Ice_Sublimation_1.jpg 12
Sublimace jódu přesublimovaný jód zahřívání jódu Obr. č. 17: Zahřívání jódu fyzikální děj [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:iodoatomico.jpg Obr. č. 18: Přesublimovanýjód [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:iod_kristallin_doppeltsublimiert.jpg 13
Extrakce (vyluhování) látky se rozpouštějí ve vhodném rozpouštědle a přecházejí do roztoku použití: získávání látek z přírodních materiálů (tuky, barviva) příprava čaje Obr. č. 19: Extrakce čaje [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:tea_steeping.jpg extrakce tuhýchlátek za studena extrakce tuhých látek za horka extrakce kapalinlátek za studena extrakce kapalinlátek za horka macerace digesce vytřepávání perforace 14
Vytřepávání a digesce vytřepávání oddělení dvou kapalin za studena v dělící nálevce digesce oddělení pevné látky od kapaliny za horka v extraktoru dělící nálevka kapalina s nižší hustotou kapalina s vyšší hustotou kohout oddělená kapalina rozpouštědlo (B) vymývá rozpustnou pevnou látku umístěnou v patroně (A); části Ca Dslouží k opakovanému použití vroucího rozpouštědla Obr. č. 20: Dělící nálevka [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:liquid_liquid_extraction.png Obr. č. 21: Soxhletůvextraktor [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:soxhlet.jpg 15
Chromatografie metoda založená na distribucisložek směsi mezi mobilní a stacionární fázi Mobilní fáze rozpouštědlo (voda, etanol) stacionární fáze papír, silikagel název pochází z řečtiny (spojení slov barvaa psát) použití: separace a analýza složitých směsí lékařství -analýzy látek v krvi (alkoholů, vitaminů, hormonů, léků); analýzy v průmyslu, kriminalistice Obr. č. 22: Chromatografie chlorofylu [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chromatography_of_chlorophyll_-_step_7.jpg 16
Dělení chromatografie podle uspořádání sloupcová papírová na tenké vrstvě podle mobilní fáze plynová kapalinová Obr. č. 26: Plynová chromatografie [27] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:inverse_and _analytical_gas_chromatography.jpg Obr. č. 23: Sloupcová chromatografie [24] dostupné z: http://commons.wikimed ia.org/wiki/file:chromato graphy_column.jpg Obr. č. 24: Papírová chromatografie [25] dostupné z: http://commons.wikimedia. org/wiki/file:paper_chroma tography.png Obr. č. 25: Chromatografie chlorofylu na tenké vrstvě silikagelu [26] dostupné z: http://commons.wikimedia. org/wiki/file:chlorophyll_d %C3%BCnnschichtchromato graphie.jpg Obr. č. 27: Kapalinový chromatograf[28] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:thermo_lc _%28Liquid_Chromatograph%29_%2B_LTQ_%28Line ar_trap_quadrupole%29.jpg 17
Zdroje 1. BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. 3. vyd. Praha: Fortuna, 2000, 143 s. ISBN 80-716-8720-0. 2. WaterAndFlourSuspensionLiquid.jpg. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:waterandfloursuspensionliquid.jpg 3. Verzadigingsgraad_oplossingen.png. WikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:verzadigingsgraad_oplossingen.png 4. Percolator_Cutaway_Diagram.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:percolator_cutaway_diagram.png 5. PowerStation2.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:powerstation2.svg 6. Filtracia.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:filtracia.png 7. Sand_filter.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:sand_filter.jpg 8. Cement_Biosand_Filter_Drawing.png. WikimediaCommons[online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:cement_biosand_filter_drawing.png 9. Salt-cristalls.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:salt-cristalls.jpg 10. Salt_Farmers_-_Pak_Thale.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:salt_farmers_-_pak_thale.jpg 11. Aparatura_do_destylacji_2_ubt.svg. WikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:aparatura_do_destylacji_2_ubt.svg 12. Simple_chem_distillation.PNG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:simple_chem_distillation.png 13. Fractional_distillation_lab_apparatus.svg. WikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:fractional_distillation_lab_apparatus.svg 14. Colonne_distillazione.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:colonne_distillazione.jpg 15. Iodine-evaporating.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:iodine-evaporating.jpg 16. Benzoid_acid.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:benzoid_acid.jpg 17. Dry_Ice_Sublimation_1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:dry_ice_sublimation_1.jpg 18. IodoAtomico.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:iodoatomico.jpg 19. Iod_Kristallin_doppeltsublimiert.JPG. WikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:iod_kristallin_doppeltsublimiert.jpg 20. Tea_steeping.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:tea_steeping.jpg 21. Liquid_liquid_extraction.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:liquid_liquid_extraction.png 22. Soxhlet.jpg. Wikimedia Commons[online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:soxhlet.jpg 23. Chromatography_of_chlorophyll_-_Step_7.jpg. WikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chromatography_of_chlorophyll_-_step_7.jpg 24. Chromatography_column.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chromatography_column.jpg 25. Paper_chromatography.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:paper_chromatography.png 26. Chlorophyll_D%C3%BCnnschichtchromatographie.jpg. WikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:chlorophyll_d%c3%bcnnschichtchromatographie.jpg 27. Inverse_and_analytical_gas_chromatography.JPG WikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:inverse_and_analytical_gas_chromatography.jpg 28. Thermo_LC_%28Liquid_Chromatograph%29_%2B_LTQ_%28Linear_Trap_Quadrupole%29.jpgWikimediaCommons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/file:thermo_lc_%28liquid_chromatograph%29_%2b_ltq_%28linear_trap_quadrupole%29.jpg 18