DĚLÍCÍ METODY

Datum (období) tvorby: 28. 5. 2012

Ročník: osmý

Autor: Mgr. Stanislava Bubíková

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie /

1Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Směsi

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.

2Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Dělící (separační) metody• fyzikálně-chemické metody spočívající v oddělení

(separování) složek směsí

• spočívají na principu rozdílné distribuci dělených látek mezi různé nemísitelné fáze

• využívány pro kvalitativní (zjišťuje typ látky) i kvantitativní (zjišťuje množství látky) analýzu

• metody: filtrace, krystalizace, destilace, sublimace, extrakce, chromatografie

3

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 2: Krystalizace látky z roztoku [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Verzadigingsgraad_oplossingen.png

Obr. č. 1: Usazování suspenze mouky ve vodě [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:WaterAndFlourSuspensionLiquid.jpg

Filtrace• metoda oddělování pevné látky od kapaliny či plynu na porézní

přepážce – filtru

• použití: kávovar, odlučovače pevných částic v elektrárnách)

4Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 4: Odlučovač (č. 25) před komínem [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PowerStation2.svg

Obr. č. 3: Filtrace [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Percolator_Cutaway_Diagram.png

Filtrační aparatura

• materiál filtru: filtrační papír, tkanina, písek, vata

• metoda odděluje části suspenze

kapalný filtrát protéká, pevnou část(filtrační koláč) zachycuje filtr

5

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 5: Filtrace [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Filtracia.png

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)

směs (suspenze) se lije po tyčince

stopka nálevky se dotýká stěny kádinky

Filtrace v úpravnách vody• pískový filtr – voda protéká přes vrstvy

písku o různé velikosti zrn

6

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 7: Pískový filtr [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cement_Biosand_Filter_Drawing.png

Obr. č. 6: Úpravna vody [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sand_filter.jpg

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)

7

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 9: Farma na výrobu soli, Thajsko [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Salt_Farmers_-_Pak_Thale.jpg

Obr. č. 8: Krystalizace soli z roztoku [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Salt-cristalls.jpg

• použití: odsolování a výroba soli z mořské vody

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

8

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 10: Destilační aparatura [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aparatura_do_destylacji_2_ubt.svg

1. teploměr2. destilační nástavec 3. destilační baňka4. kahan

5. chladič6. baňka s destilátem 7. alonž

metanol

• tv = 65 °C• tv = 65 °C

etanol

• tv = 78 °C• tv = 78 °C

voda

• tv = 100 °C• tv = 100 °C

Jednoduchá destilace

• jednorázové částečné odpaření kapaliny spojené s kondenzací získaných par

• neumožňuje účinné oddělení jednotlivých složek

• využití: dělení látek s vysokým rozdílem bodu varu

9

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 11: Destilační aparatura [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simple_chem_distillation.PNG

1. zdroj tepla(zde Bunsenův kahan)2. destilační baňka (s kulatým dnem)3. spojovací trubice4. teploměr5. chladič

6. vtok chladicí vody7. výtok chladicí vody8. baňka s destilátem9. odvod k vývěvě (při destilaci za sníženého tlaku)10. alonž

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

10

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 12: Frakční destilace [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fractional_distillation_lab_apparatus.svg

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

11

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 13: Destilační kolona [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Colonne_distillazione.jpg

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

12

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 15: Kyselina benzoová [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Benzoid_acid.jpg

Obr. č. 14: Sublimace jódu – fyzikální děj [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iodine-evaporating.jpg

jód

• 113,7 °C

led

• pod 0 °C

naftalen

• 80 °C

kyselina

benzoová

• 122,4 °C

suchý led

(pevný CO2)

• - 78,5 °C

Obr. č. 16: Suchý led [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dry_Ice_Sublimation_1.jpg

Sublimace jódu

13

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 18: Přesublimovaný jód [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iod_Kristallin_doppeltsublimiert.JPG

Obr. č. 17: Zahřívání jódu – fyzikální děj [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:IodoAtomico.JPG

zahřívání jódu

přesublimovanýjód

Extrakce (vyluhování)

• látky se rozpouštějí ve vhodném rozpouštědle a přecházejí do roztoku

• použití: získávání látek z přírodních materiálů (tuky, barviva)

• příprava čaje

14

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 19: Extrakce čaje [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tea_steeping.jpg

• extrakce tuhých látek za studena

macerace

• extrakce tuhých látek za horka

digesce

• extrakce kapalin látek za studena

vytřepávání

• extrakce kapalin látek za horka

perforace

Vytřepávání a digesce

vytřepávání

• oddělení dvou kapalin za studena

• v dělící nálevce

digesce

• oddělení pevné látky

od kapaliny za horka

• v extraktoru

15

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 20: Dělící nálevka [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_liquid_extraction.png

Obr. č. 21: Soxhletův extraktor [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Soxhlet.jpg

rozpouštědlo (B) vymývá rozpustnou pevnou látku umístěnou v patroně (A);části C a D slouží k opakovanému použití vroucího rozpouštědla

dělící nálevka

kapalina s nižší hustotoukapalina s vyšší hustotou

kohout

oddělená kapalina

Chromatografie

• metoda založená na distribuci složek směsi mezi mobilní a stacionární fázi

• Mobilní fáze – rozpouštědlo (voda, etanol)

• stacionární fáze – papír, silikagel

• název pochází z řečtiny (spojení slov barva a psát)

• použití: separace a analýza složitých směsí

lékařství - analýzy látek v krvi (alkoholů, vitaminů, hormonů, léků); analýzy v průmyslu, kriminalistice

16

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 22: Chromatografie chlorofylu [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromatography_of_chlorophyll_-_Step_7.jpg

Dělení chromatografie

podle uspořádání

• sloupcová

• papírová

• na tenké vrstvě

podle mobilní fáze

• plynová

• kapalinová

17Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 23: Sloupcová chromatografie [24] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chromatography_column.jpg

Obr. č. 24: Papírová chromatografie [25] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Paper_chromatography.png

Obr. č. 26: Plynová chromatografie [27] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Inverse_and_analytical_gas_chromatography.JPG

Obr. č. 27: Kapalinový chromatograf [28] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermo_LC_%28Liquid_Chromatograph%29_%2B_LTQ_%28Linear_Trap_Quadrupole%29.jpg

Obr. č. 25: Chromatografie chlorofylu na tenké vrstvě silikagelu [26] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlorophyll_D%C3%BCnnschichtchromatographie.jpg

Zdroje

18

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

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. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-05-28]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:WaterAndFlourSuspensionLiquid.jpg

3. Verzadigingsgraad_oplossingen.png. Wikimedia Commons [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. Wikimedia Commons [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. Wikimedia Commons [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. Wikimedia Commons [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. Wikimedia Commons [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. Wikimedia Commons [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. Wikimedia Commons [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 Wikimedia Commons [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.jpg Wikimedia Commons [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