Как отделить бензин от сахара: каким способом можно разделить смеси 1) воды и бензина 2) сахара

Содержание

Первоначальные химические понятия — презентация онлайн

1. ХИМИЯ 8 класс Первоначальные химические понятия

2. «Знания без применения – тучи без дождя»

Восточная мудрость
Полярная экспедиция на гране гибели
Топливо не пригодно: в бензин попал сахар…
Необходимо очистить бензин от сахара !

3. Способы разделения смесей

4. Способы разделения неоднородных смесей

Неоднородная смесь – смесь, в которой
невооруженным глазом или при помощи
микроскопа можно обнаружить частицы
веществ, образующих смесь.
Способы разделения
неоднородных смесей

5. Фильтрование

6. Фильтрование

Пыль
Воздух
Смесь воздуха и пыли

7. Отстаивание

Делительная
воронка
Через
некоторое
Бензин
Смесь
бензина
время
и воды
Очищенная вода

8. Действие магнитом

Способы разделения смесей
неоднородных
однородных
Способы разделения смесей
неоднородных
• Фильтрование
однородных
Способы разделения смесей
неоднородных
• Фильтрование
• Отстаивание
однородных
Способы разделения смесей
неоднородных
• Фильтрование
• Отстаивание
• Действие магнитом
однородных

13.

Способы разделения однородных смесей Однородная смесь – смесь, в которой
невооруженным глазом или при помощи
микроскопа нельзя обнаружить частицы
веществ, образующих смесь
Способы разделения
однородных смесей

14. Выпаривание. Кристаллизация

Чашка ссоли
Кристаллы
соленой водой

15. Прибор для дистилляции

Термометр
Холодильник
Колба с
грязной
водой
Чистая
вода
Горелка

Нефтяной газ
> 40 0С
Бензин
>150 0С
Лигроин
>180 0С
Керосин
>200 0С
Газойль
>3500C
Мазут
Дистилляция
(перегонка)

17. Хроматография

•Метод
разделения
компонентов,
близких по свойствам
•Этот
способ основан
на различном
поглощении
разделяемых веществ
поверхностью другого
вещества.
Способы разделения смесей
неоднородных
• Фильтрование
• Отстаивание
• Действие магнитом
однородных
Способы разделения смесей
неоднородных
• Фильтрование
• Отстаивание
• Действие магнитом
однородных
• Выпаривание
(кристаллизация)
Способы разделения смесей
неоднородных
• Фильтрование
• Отстаивание
• Действие магнитом
однородных
• Выпаривание
(кристаллизация)
• Дистилляция
(перегонка)
Способы разделения смесей
неоднородных
• Фильтрование
• Отстаивание
• Действие магнитом
однородных
• Выпаривание
(кристаллизация)
• Дистилляция
(перегонка)
• Хроматография
От чего
зависит способ разделения
смеси??

23.

Помни! Способ разделения зависит от свойств веществ, составляющих смесь
Полярная экспедиция на гране гибели
Топливо не пригодно: в бензин попал сахар…
Необходимо очистить бензин от сахара
Свойства
бензина
Смесь: бензин + сахар
Свойства
сахара
• Жидкость
• Твердое вещество
• Не растворима в воде
• Растворимо в воде
• Плотность
• Плотность > 1 г/см3
• Тпл = 400С
• Тпл = 1600С
• Пары токсичны и
огнеопасны
Добавить воду
• Безопасно для
человека
Бензин + раствор сахара
Отстаивание
Верхний слой: бензин
Нижний слой: сахар + вода
Бензин
?
Сахар + вода
Верны ли следующие суждения о способах
разделения смесей?
А. Для разделения смеси речного песка и
железных опилок можно использовать
магнит.
Б. Для отделения осадка от раствора можно
использовать фильтровальную бумагу.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
Верны ли следующие суждения о чистых веществах и
смесях и способах их разделения?
А. Чистые вещества имеют постоянный состав.
Б. Смесь поваренной соли с речным песком можно
разделить с помощью добавления воды и
последующего фильтрования и выпаривания.
1)верно только А
3) верны оба суждения
2) верно только Б
4) оба суждения неверны
Верны ли следующие утверждения о чистых веществах
и смесях?
А. Столовый уксус является чистым
веществом.
Б. Раствор йода, используемый для обработки
ран, является смесью веществ.
1)верно только А
2) верно только Б
3) верны оба утверждения
4) оба утверждения неверны
Верны ли суждения о способах разделения смесей?
А. Очистить морскую воду от растворённых в
ней солей можно с помощью фильтрования.
Б. Перегонка является химическим способом
разделения смесей.
1)верно только А
3) верны оба суждения
2)верно только Б
4) оба суждения неверны
Верны ли следующие утверждения о чистых веществах и смесях?
А. Природный газ является чистым
веществом.
Б. Алмаз является смесью веществ.
1)верно только А
2) верно только Б
3) верны оба утверждения
4) оба утверждения неверны

30. Школьный этап Всероссийской олимпиады по химии 8 КЛАСС 2013

Смесь состоит из порошка цинка,
частиц древесного угля, железных
опилок и сахарного песка. Каким
способом можно разделить и выделить
соответствующие компоненты смеси?

31. Школьный этап Всероссийской олимпиады школьников. 8 КЛАСС 2011 г.

Предложите способ разделения смеси
речного песка, сахарного песка,
железных и медных опилок, парафина,
основанный на различии их свойств.
Приведите перечень действий в
необходимой последовательности и
наблюдаемые при этом явления.

32. Домашнее задание

Творческие задания – см. опорный
конспект

33. Обозначение цветов

Красный – урок очень интересный. Мне все
понравилось, я все понял(а)
Желтый – мне понравился урок, но я не все
понял(а)
Синий –я все понял(а), но урок был не
очень интересный
Коричневый – было скучно, я ничего не
понял(а)
Свойства соли
Смесь: соль + песок
Свойства песка
• Твердое вещество
• Твердое вещество
• Хорошо растворимо в воде
• Не растворимо в воде
• Плотность > 1 г/см3
• Плотность > 1 г/см3
Добавим воду
• Тпл = 8010С
• Тпл = 16100С
Неоднородная смесь: раствор соли + песок
Песок
Фильтрование
Соль
Однородная смесь:
Соль + вода
Выпаривание
Кристаллизация

35.

Способы разделения смесей Однородных
Неоднородных
Дистилляция
(перегонка)
Различные tкип веществ
Выпаривание.
Кристаллизация
Различное агрегатное
состояние компонентов,
одно из веществ хорошо
растворимо в другом
Действие
магнитом
Различный размер частиц и
пропускная способность
фильтра
Фильтрование
Различная плотность
веществ
Отстаивание
Способность одного из компонентов
смеси намагничиваться

Узнаем как разделить смесь крупы и соли?

Рассматривая вопрос о том, как разделить смесь крупы и соли, следует обратиться к простейшим законами физики. Некоторые называют такие методы смекалкой или сноровкой. Но познавая свойства простых частиц, они легко отделяют спирт от воды, уголь от сахара, различные смеси жидких и сухих веществ.

Виды веществ

Для понимания процесса эксперимента следует ознакомиться со свойствами используемых простых веществ. При совмещении последних физические характеристики изменяются. Так что, кроме физических явлений, нужно учитывать химическую совместимость рассматриваемых структур. Также проводится анализ возможной реакции при их смешивании.

Смесью называется два и более простых вещества, совмещённых друг с другом. Их подразделяют на следующие виды:

  • Однородные — составные вещества невозможно обнаружить даже взглядом, вооруженным микроскопом.
  • Неоднородные — соответственно, можно увидеть частицы невооруженным взглядом или с использованием микроскопа.

Также вещества подразделяют на растворимые в воде, нерастворимые, тяжело смешиваемые. Твердые материалы делятся на магнитные и немагнитные. Выделяют химически активные и неактивные. К первым относят медь, кальций, магний. Ко вторым — соль, крупы.

Какое понадобится оборудование?

Сейчас мы рассмотрим, как разделить смесь крупы и соли, а также других сыпучих структур. Подготовка к экспериментам включает процедуру поиска соответствующих инструментов к опытам:

  • вещества: крупа, соль, спирт, вода, уголь, сахар;
  • смеси железные, медные опилки, речной песок, растительное масло;
  • фильтра, прибора для дистилляции воды;
  • делительной воронки;
  • магнитного прибора;
  • спиртовки и спичек;
  • стеклянных палочек и фарфоровых чашек, колбы из термостойкого стекла.

Для каждого отдельного эксперимента будем брать свой набор инструментов. Приступим. Как разделить смесь крупы и соли (и других сыпучих структур)?

Сыпучие вещества: способ № 1

Рассмотрим, как разделить смесь крупы и соли. Для этого понадобится сделать соответствующую смесь. Из инструментов нужна глубокая ёмкость, фильтр, два стакана воды и приспособление для огня. Также понадобятся спички. Итак, как разделить смеси:

  1. Крупу и соль разбавляют водой и перемешивают.
  2. Соль растворяется, сливаем полученную воду.
  3. Рекомендуется крупу промыть чистой жидкостью. Повторно полученную воду совместить с первым остатком в широкой колбе из термостойкого стекла.
  4. Полученную смесь кипятят до полного испарения воды. Оставшийся в колбе белый налёт и будет солью.

Так мы разделили крупу и соль за 30 минут. Можно вместо огня использовать фильтрующие элементы для отделения соли на этапе 4, если они имеются под рукой.

Рассмотрим, как разделить смеси: спирт и вода нам сейчас понадобятся. Возьмем также термостойкую колбу, спиртовку со спичками, прибор для дистилляции вод. Обычная колба устанавливается на выходе и является приемной для отделяемого жидкого вещества.

Задача поставлена, ничего не остается, как разделить смеси. Спирт и вода уже смешаны. Этапы работы:

  1. Колбу со смесью ставят на огонь.
  2. Верх колбы соединяют с дистиллятом.
  3. При нагревании до температуры кипения 78 градусов начинают выходить спиртовые пары.
  4. Полученные пары оседают в колбе-приемнике, а в первой — остаётся вода.

Аналогичный метод используется в нефтяной и газодобывающей промышленности на перегонных заводах. Так получают нефть, бензин, газойль и керосин.

Сыпучие вещества: способ № 3

Рассмотрим теперь, как разделить смеси: уголь и сахар в этот раз будут нам нужны. Также понадобится колба с широким горлом, спиртовка, вода, фильтрующий элемент. Последний инструмент можно не использовать, если проводится выпаривание.

Существует три варианта решения задачи:

  1. Механический — простой, но недостаточно чистый. Вибрацией добиваются образования двух различных слоёв в колбе. Сахар тяжелее угля, и он опустится на дно. Полученные вещества отделяют лопаточкой.

  2. Выпаривание — полученную смесь заполняют водой. Хорошо встряхивают, уголь всплывает. Отделяют его от жидкости. Остаток кипятят, остаётся на дне сладкое вещество. Однако сахар может расплавиться. Поэтому лучше, когда первая колба будет поставлена в ёмкость с водой и нагреется уже нижняя посуда.

  3. Огонь — это быстрый способ, но запах будет неприятным. Поджигается непосредственно смесь сыпучих веществ. Уголь сгорает, сахар остаётся расплавленным.

Сыпучие вещества: способ № 4

Рассмотрим, как разделить смеси речного песка и сахара. Понадобится стакан воды, термостойкая колба, спиртовка. Для отделения веществ можно использовать вибрацию. Сахар легче песка, и при равномерном и интенсивном встряхивании он окажется сверху.

Разбавляя водой, исходную смесь хорошо размешивают до полного растворения сладкого вещества. Полученную жидкость пропускают через грубый фильтр, песок задерживается. Далее отделяют сахар от воды выпариванием.

Перед кипячением рекомендуется осведомиться, является ли вода чистой. Ведь если в ней присутствуют иные вещества (соль), то полученный посредством выпаривания сахар останется вперемешку с ними.

Сыпучие вещества: способ № 5

При разделении смесей, содержащих три и более вещества разной плотности, используют перечисленные в предыдущих главах способы — № 3 и № 4. Так поступают при отсеивании угля от сахара и песка. Первым отделяется горючий элемент путём разбавления смеси в воде. Далее песок отфильтровывается, а сахар выпаривается.

Другой путь — это вибрация или огонь. Последний способ рекомендуется применять после слива жидкости с сахаром и высушивания смеси. Либо сначала сжигают горючий элемент, а потом разбавляют остаток водой.

Каждый способ имеет недостатки. Так, при вибрации могут остаться частички сахара во время отделения веществ лопаточкой. После выпаривания часто бывает проблематично извлечь расплавленный сахар. При открытом огне сладкое вещество обволакивает частички угля и песка, что потребует разбавления смеси водой.

Сыпучие вещества: способ № 6

Рассмотрим, как разделить смеси из железных и медных опилок. Для этого потребуется магнит и две ёмкости. Элемент таблицы Менделеева Fe является магнитным веществом. Поэтому если он попадает в магнитное поле, железные опилки сразу прилипнут к магниту. Останется только собрать их аккуратно в ёмкость.

Аналогично отделяют:

  • Дюралюминий от железа.
  • Железо от других сыпучих веществ.

Немагнитными являются металлы из нержавеющего состава. Так извлекают иголку из стога сена. Рассмотрим разделение серы и железа. Применим уже имеющиеся познания и проведем анализ свойств простых составляющих смеси:

  • Сера — лёгкий материал. Железо — тяжёлый.
  • Сера всплывает, она легче воды.
  • Сера — горючее вещество.
  • Железо магнитится.

Полученная информация позволяет сделать вывод: смесь можно разделить тремя способами, с помощью:

  1. Воды.
  2. Огня.
  3. Магнита.

Обильно трясти сухую смесь не рекомендуется, сера может воспламениться, что приведёт к разбитой колбе. Поэтому используем уже имеющиеся познания:

  • В воде сера всплывет, соберем её с поверхности через сито или ложечкой с перфорацией. Железо отфильтруем.
  • Следует поджечь сухую смесь, сера сгорит, железо останется.
  • Самый быстрый метод — использовать магнит. Железные крошки прилипнут к нему.

Следуя приведенной последовательности действий, легко можно отделить вещества из любой смеси.

Жидкие малорастворимые вещества: способ № 7

Рассмотрим, как разделить смеси растительного масла и воды. Здесь учитывается плотность веществ. Элемент, обладающий меньшими значениями показателя, всплывает. В данном случае поднимется растительное масло. Отделяют его при помощи делительной воронки— это сосуд, сужающийся книзу. На хвостовике установлен краник. Через него сначала сливается более плотное вещество, в другую ёмкость помещается оставшаяся часть.

Так отделяются неоднородные смеси разного цвета. При неразличимой границе жидкостей используют добавочные шаги:

  • Добавляют вещество средней плотности между двумя имеющимися в смеси растворами. Оно должно отличаться по цвету. Затем отстоявшиеся слои отделяют поочередно.

  • Пользуются учебником химии и стараются окрасить одно из имеющихся жидких веществ. Затем сортируют полученные слои делительной воронкой.

Малорастворимые вещества можно отделять методом хроматографии. Этот способ основан на адсорбции (поглощении) одного вещества поверхностью другого. Так, всплывшее растительное масло может поглощаться фильтрующей бумагой, опускаемой на поверхность жидкости.

Хроматографией пользуются при очистке озёр, океанов в случае утечки нефтяных веществ. Твердые фильтры проходят по поверхности масляного пятна. Оно остаётся на материале, который потом утилизируют.

Ответы | § 4. Чистые вещества и смеси — Химия, 7 класс

1. Как влияет наличие примесей в воде на температуру ее кипения?

Наличие примесей приводит к изменению температуры кипения. Когда в жидкости растворяется летучее вещество, температура кипения воды понижается, в противном случае вода закипает при более высокой температуре.

2. Представьте себе, что из путешествия вы привезли домой в качестве сувенира две одинаковые бутыли, в одной из которых вода из Средиземного, а в другой — из Мертвого моря. Как с помощью термометра можно определить, где какая вода находится?

Возьмем образцы воды из Мертвого и Средиземного морей. При нагревании вода испаряется, соль остается. Большее количество соли укажет на образец из Мертвого моря.

3. Загляните внутрь чайника, в котором долго кипятилась водопроводная вода, и сделайте вывод, является ли она чистым веществом.

Если после кипячения водопроводной воды внутри чайника появилась накипь (белый налет), то можно сделать вывод, что вода не является чистым веществом.

4. Приведите по пять примеров известных вам однородных и неоднородных смесей.

Однородные смесиНеоднородные смеси
Водопроводная вода, бензин, воздух, минеральная вода, раствор сахара и соли в воде, растительное маслоМолоко, бетон, зубная паста, асфальт, шоколад, краски

5. Однородная или неоднородная смесь образуется при смешивании воды с: а) сахаром; б) мукой; в) растительным маслом; г) поваренной солью; д) уксусом?

Однородная смесь: сахар с водой, поваренная соль с водой, уксус с водой.

Неоднородная смесь: мука с водой, растительное масло с водой.

6. Чем различаются между собой вещества, смесь которых можно разделить: а) отстаиванием; б) фильтрованием; в) выпариванием; г) перегонкой?

а) отстаивание основано на различной плотности компонентов смеси;
б) фильтрование — на способности пористых материалов задерживать некоторые частицы, его применяют для разделения смесей твердых и жидких веществ;

в) выпаривание основано на различии температур кипения компонентов смеси и используют его для разделения твердых и жидких веществ;
г) перегонка основана на разности температур кипения компонентов смеси.

7. Для засолки овощей приготовили смесь, состоящую из соли массой 25 г и сахара массой 15 г. Чему равны массовые доли компонентов данной смеси?

Дано:

m(сахара) = 15 г
m(соли) = 25 г

Найти:

w(сахара) -?
w(соли) — ?

Решение:

w(сахара) = m(сахара) : m(смеси)
w(соли) = m(соли) : m(смеси)
m(смеси) = m(сахара) + m(соли)
m(смеси) = 25 г + 15 г = 40 г
w(сахара) = 15 г : 40 г = 0,375 или 37,5%
w(соли) = 25 г : 40 г = 0,625 или  62,5%

Ответ: w(сахара) = 0,375; w(соли) = 0,625.

8. Как бы вы разделили смесь сахара, песка и древесных опилок? Составьте план разделения, кратко опишите каждый его этап и расскажите об ожидаемых результатах.

В смесь сахара, песка и древесных опилок добавим воду. В результате сахар растворится, песок осядет на дно, древесные опилки всплывут на поверхности. Таким образом, древесные опилки отделяются от неоднородной смеси (сахар, песок, вода). Фильтрованием можно отделить песок от однородной смеси (сахар, вода). Методом выпаривания можно отделить воду от сахара, при нагревании летучая вода испаряется, а нелетучий сахар остается в виде твердого вещества.

9. Предложите способ разделения смеси железных и медных опилок.

Смесь железных и медных опилок можно разделить с помощью магнита.

Присоединяйтесь к Telegram-группе @superresheba_7, делитесь своими решениями и пользуйтесь материалами, которые присылают другие участники группы!

Физические явления

Тема урока: Физические явления.

Цель урока: сформировать у обучающихся представление о физических явлениях, способах очистки и разделения веществ.

Задачи урока:

Изучить способы разделения смесей, основанные на физических явлениях.

Развивать логическое мышление, внимательность, кругозор обучающихся, умения осуществлять анализ учебного материала, интерес к предмету и точным наукам, познавательный интерес; умение работать самостоятельно и в группах, планировать свою учебную деятельность. Развивать умения выделять признаки для классификации. Развивать речь обучающихся, сенсорную, двигательную и эмоциональную сферы. Развивать практические умения и навыки работы с лабораторным оборудованием и реактивами, умения определять вещества с помощью качественных реакций.

Используя технологию личностно – ориентированного и деятельностного подхода, формировать у обучающихся критическое мышление. Формировать навыки взаимодействия и сотрудничества, чувство ответственности. Формировать навыки выступления перед аудиторией. Формировать комплексные ключевые компетенции обучающихся, как необходимое условие качественного образования и воспитания.

Тип урока. Урок открытия новых знаний.

Методы урока: исследовательские, поисковый, эвристический.

Формы: экспериментальные, письменные, устные.

Литература:

Гаврусейко Н.П. Проверочные работы по неорганической химии: Дидакт. Материал для 8 кл.: Книга для учителя. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2012. – 64 с.

Штремплер Г.И. Дидактические игры при обучении химии/ Г.И. Штремплер, Г.А. Пичугина. – М.: Дрофа, 2013. – 96 с.: ил.

Научно-методические журналы «Химия в школе».

«Уроки химии» 10-11 класс «Кирилла и Мефодия» — электронные уроки.

    Оборудование и реактивы:

    На доске:

    Знаки по технике безопасности.

    Презентация к уроку.

    Мультимедийное оборудование. Диск «Уроки химии» «Кирилла и Мефодия» — электронные уроки.

    На столе учителя:

    План-конспект.

    На демонстрационном столе:

    Лабораторный штативы (для выпаривания раствора соли (выпаривание провести заранее) и для демонстрации разделения веществ с помощью делительной воронки со смесью масла с водой), кристаллизатор, предметное стекло, спиртовка, спички, тигельные щипцы, стеклянная палочка, стеклянный стакан с раствором соли, алюминий (гранулы, пластины, фольга, стружка), спиртовка, штатив для пробирок, спиртовка, фильтровальная бумага, вода, делительная воронка, смесь растительного масла и воды, смесь песка с поваренной солью в воде, раствор поваренной соли, фарфоровые чашки, спиртовки, пробиркодержатели.

    На столах обучающихся:

    карточки с задачей для работы в группе;

    воронка с фильтром, стеклянная палочка, стакан с водой, стакан, песок, смесь железа с серой, магнит, листок бумаги, коллекция «Нефть и продукты её переработки».

    План урока:

    Мотивация и актуализация (5 мин.)

    Изучение нового материала (10 мин)

    Первичное закрепление (20 мин.)

    Этап проверки нового учебного материала (5 мин.)

    Рефлексивно – оценочный (3 мин)

    Домашнее задание (2 мин)

      Ход урока.

      Эпиграф: (слайд 1)

      «Знания без применения – тучи без дождя»

      Восточная мудрость

      Организационный момент (введение к уроку, с помощью эпиграфа постановка задач урока и настраивание обучающихся на работу).

        Раздача технологических карт. Проверка готовности урока.

        Садитесь! Добрый день!

        Сегодня день отличный,

        И я, признаться, счастлива безгранично,

        Что предоставила судьба мне шанс

        Совместно с Вами попытаться осознать

        Те тайные законы и процессы,

        Что управляют миром повсеместно.

          Мотивация и актуализация (5 мин.):

        Здравствуйте дети.

        Слайд 1. Восточная мудрость гласит по этому поводу: «Знания без применения – тучи без дождя» Как вы это понимаете? Как вы думаете, зачем человеку знания? Знания сами по себе не столь ценны, как умение их применять, зачастую от этого умения зависит исход какого-либо дела, а в критических ситуациях – иногда даже помогает остаться в живых. (варианты ответов детей).

        Начнем с того, что я предложу вам небольшой фрагмент из мультфильма. Ваша задача, просмотрев фрагмент выразить свои ассоциации и предположить тему урока. (учитель предлагает на интерактивной доске (презентация) просмотреть сюжет из мультфильма: « Просмотрев, скажите ребята, что вы увидели? Какие ассоциации у вас возникают? А вы можете предположить, чем мы с вами займемся на этом уроке. Какие величины изменяются при переходе из одного состояния в другое? К каким явлениям это относится?

        Учитель: А, давайте вместе сформулируем нашу сегодняшнюю тему! Физические явления ! Молодцы, вам удалось сформулировать тему урока. А теперь давайте подумаем: А на какие вопросы мы должны ответить рассматривая данную тему? Как называется переход твердого состояния в жидкое? Записывает на доске тему урока и вопросы.

        3. Изучение новой темы.

        Учитель: Итак, тема сегодняшнего урока «Физические явления ». Слайд 2.

        Скажите пожалуйста, а на каких предметах вы ранее знакомились с физическими явлениями? Ребята, у вас, наверное, возник вопрос: почему на уроке химии мы изучаем физические явления? А ответ прост. Благодаря знанию физических свойств многие химические вещества находят свое применение. Кроме того, вы знаете, что на земле больше смесей, чем чистых веществ. А чтобы изучить свойства веществ, нужно получить чистые вещества. И вот именно химики, а не физики, разработали физические способы получения чистых веществ.

        А кто может сформулировать цель нашего урока.

        Слайд 3. Цель урока: Дать представление о физических явлениях, способах очистки и разделения веществ.

        А давайте-ка вспомним, какие явления называются физическими? (Актуализация знаний обучающихся)

        Слайд. 4 Предполагаемый ответ: Физическими называются такие явления, при которых могут изменяться размеры, форма тел или агрегатное состояние веществ, но состав их остается постоянным.

        Например: испарение или замерзание воды, плавление стекла и другие

         

        Слайд 5. Наблюдения. При нагревании парафина, он ________, переходит в ____________состояние.

        Вывод: Это _____________явление.

        Далее учитель демонстрирует обучающимся алюминевые фольгу, стружку, пластину, гранулы, отмечая разную форму тел, состоящих из одного и того же вещества. Состоят из одного и того же вещества, но имеют разную форму.

        Мы наблюдали с вами изменение агрегатного состояния веществ, размера и формы тел. Такие явления называются физическими. Физический процесс не затрагивает молекул веществ. Их химический состав остается прежним, меняется лишь форма тела (на примере алюминия), агрегатное состояние (на примере воды и парафина), расстояние между молекулами вещества.

        Явления, при которых состав вещества не изменяется, а меняются агрегатное состояние или форма, называются физическими.

        Парами

        Выполните задание на листочках. Если вы правильно выполните, у вас получится слово …… А какое вы мне потом скажите. явления

        В 1. Испарение воды.

        А 2. Скисание молока

        Я 3. Испарение ртути

        П 4. Образование ржавчины

        Л 5. Образование тумана

        М 6. Почернение серебряных изделий

        Н 7. Плавление сливочного масла

        Е 8. Замерзание воды

        Б 9. Горение дров

        И 10. Распространение запаха.

        Я 11. Высыхание луж после дождя

        Проверка выполнения задания.

        Ключевое слово для 1 и 2 варианта – ЯВЛЕНИЯ.

        Далее рассмотрим сюжет приключенческой повести шотландского писателя Алистера Маклина «Ночь без конца». Познакомимся вкратце с его содержанием. Слайд 6.

        (Приложение 1):

        «В поисках спасения герои повести покинули полярную станцию и двинулись на стареньком тракторе в сторону материка. Полярная ночь, холод, нехватка продуктов поставили маленькую экспедицию на грань гибели. Остановился вышедший им на помощь мощный снегоход: преступники насыпали сахар в бочки с запасом бензина. Экипаж машины попытался профильтровать смесь, но способ оказался малопроизводительным. Помощь явно запаздывала…»(слайд 6) (варианты ответов детей).

        Итак, представим, что эта ситуацию происходит в данный момент, а мы с вами – люди с материка, поддерживающие радиосвязь с экипажем снегохода. И именно от нас зависит, спасут полярную экспедицию или нет.

        Что можно посоветовать экипажу снегохода, чтобы они смогли продолжить движение? Удастся ли полярникам выжить?

        И нашим девизом будет та самая восточная мудрость «Знания без применения – тучи без дождя».

        Кратко обрисуем проблему :

        Наводящие вопросы:

        Что такое бензин с сахаром (смесь или чистые вещества)?

        Чем смеси отличаются от чистых (индивидуальных) веществ?

        Не имеют постоянного состава

        Их состав нельзя выразить одной формулой

        Свойства веществ в составе смеси не изменяются

        Какие бывают смеси?

        Дайте определения и приведите примеры однородных и неоднородных смесей (по 2 чел.)

          На доске вывесить слово СМЕСИ

          Обучащиеся подходят и вывешивают далее ОДНОРОДНЫЕ и НЕОДНОРОДНЫЕ

          Что необходимо сделать, чтобы топливо вновь можно было использовать? (очистить бензин от сахара)

            Т.е. наша задача сводится к нахождению способа разделения смеси сахара и бензина.

            Существует множество способов разделения смесей, но в основе их лежат, как правило, отличительные свойства веществ, входящих в состав смеси.

            Предложите мне способы разделения смесей? Если вы затрудняетесь это сделать, то обратитесь к учебнику стр.129-133 и п.25

            Запись в тетрадь «Способы разделения смесей».

            Многие физические явления используют для получения чистых веществ. А теперь решаем УЭ-2. Какие способы или (физические явления) используют для получения чистых химических веществ?

            Ответ: Для получения чистых химических веществ используют следующие физические явления:

            Перегонка

            Кристаллизация

            Фильтрование

            Возгонка (сублимация)

            Отстаивание и др.

            Называет различные способы разделения смесей и вывешивают на доске свои варианты.

               

              Физминутка.

              Физминутка для 8 класса : Очень химию мы любим! Шеей влево, вправо крутим. Воздух – это атмосфера, если правда, топай смело. В атмосфере есть азот, делай вправо поворот. Так же есть и кислород, делай влево поворот, воздух обладает массой, мы попрыгаем по классу.  К учителю повернёмся и дружно улыбнёмся!

              А сейчас вы разделитесь на команды. Перед вами стоят цифры , сейчас выходят ко мне все у кого цифра 1. Ваша команда красных. И т.д.

              Класс разделен на 4 группы. У каждой группы отдельное задание.

              Прежде чем приступить к выполнению задания, мы конечно же должны повторить правила Т.Б. Посмотрите какое оборудование у вас на столах и скажите ка с ним работать.

              1 группа:

              Цель: познакомиться с одним из способов получения чистых химических веществ.

              Охарактеризуйте способ «отстаивание».

              Поясните, на каких свойствах компонентов основан такой способ разделения смесей.

              Приведите примеры разделения смесей таким способом

              Проведите лабораторный опыт: разделите смесь глины и воды выше названным методом. (отстаиванием)

                Работайте парами.

                Дайте характеристику способа отстаивания.

                Проведите лабораторный опыт:

                В стакан насыпьте немного глины и добавьте воды, перемешайте все стеклянной палочкой. Поставьте отстаивать.

                Определите для какого типа смесей подходит данный способ.

                2 группа

                Цель: познакомиться с одним из способов получения чистых химических веществ.

                Охарактеризуйте способ «фильтрование».

                Поясните, на каких свойствах компонентов основан такой способ разделения смесей.

                Приведите примеры разделения смесей таким способом

                Проведите лабораторный опыт: разделите смесь поваренной соли с песком выше названным методом.

                  Работайте парами.

                  Найдите по учебнику характеристику способа фильтрования.

                  Проведите лабораторный опыт и дайте характеристику методу фильтрования.

                  К смеси поваренной соли и песка добавьте воду, взбалтывайте, а затем смесь фильтруйте.

                  3 группа

                  Цель: познакомиться с одним из способов получения чистых химических веществ.

                  Охарактеризуйте способ «Выпаривание. Кристаллизация».

                  Поясните, на каких свойствах компонентов основан такой способ разделения смесей.

                  Приведите примеры разделения смесей таким способом

                  Проведите лабораторный опыт: выделите поваренную соль из водного раствора.

                    Работайте парами.

                    Найдите по учебнику характеристику способа выпаривания.

                    Проведите лабораторный опыт и дайте характеристику методу выпаривания.

                    Раствор поваренной соли вылейте в фарфоровую чашку и поставьте на кольцо штатива. Нагревайте в пламени, периодически перемешивая фильтрат до полного испарения воды.

                    4 группа

                    Цель: познакомиться с одним из способов получения чистых химических веществ.

                    Охарактеризуйте способ «Действие магнитом».

                    С какой целью используют это физическое явление в химии?

                    Приведите примеры.

                    Проведите лабораторный опыт: разделения смеси серы и железа.

                      Работайте парами.

                      Дайте характеристику этому способу.

                      Проведите лабораторный опыт и определите, для какого типа смесей подходит данный способ.

                      Смешайте порошок железа и серы. Через фильтровальную бумагу поднесите магнит и отделите железо от серы. В химическом стаканчике размешайте воду и порошок серы. Сделайте выводы.

                      Ну все я вижу, что все уже выполнили работу. А сейчас каждый проанализирует свою деятельность.

                      Ответите на вопросы:

                      — Какую цель ставили перед собой и достигли ли вы её?

                      — Для какого типа смесей подходит данный способ?

                      На доске прикрепите свой лист со способом очистки смеси.

                      Обучающиеся отвечают по очереди от группы по 2 человека. Прикрепите каждый предложенный способ на доске.

                      Итак, знаниями мы вооружились, теперь вернемся к нашим полярникам и попытаемся решить их проблему. Пробегите еще раз глазами текст. Как же разделить смесь бензина и сахара? Какой способ вы предложите нашим полярникам?

                      А как выдумаете из чего получают бензин?

                      Одним из таких способов разделяют природную нефть. (рассказывают по слайду строение ректификационной колонны)

                      Слайд 9: Нефть – это смесь углеводородов. Помня о том, что свойства веществ в составе смеси не изменяются, ученые нашли эффективный способ разделения нефти на отдельные нефтепродукты. (Клик)

                      При нагревании пары нефти попадают в ректификационную колонну. Чем выше температура кипения УВ, тем быстрее их пары конденсируются, не успевая долететь до верха колонны. И наоборот, чем температура кипения ниже, тем дольше УВ будут находится в газообразном состоянии, и следовательно, сконденсируются лишь только на самом верху колонны.

                      Так, используя температуры кипения УВ, получают бензин, керосин и другие нефтепродукты. Этот способ получил название дистилляция или перегонка.

                      Слайд 10: Как вы думаете, а как выглядит прибор для дистилляции в лаборатории. А давайте его соберем. У вас в конвертах есть части этого прибора, а вы должны как пазлы собрать этот прибор на цветных листах. А то что у вас получится мы прикрепляем на доску с помощью магнита.

                      Используя прибор для дистилляции, можно провести перегонку в лаборатории, таким способом, например, получают особо чистую воду (как она называется?) — дистиллированная вода.

                      А теперь опять вернемся к полярникам, ведь мы их еще не спасли. Смесь сахара и бензина – это однородная или неоднородная смесь? (Неоднородная, причем сахар частично растворяется в бензине.) Слайд 11

                      Можно ли использовать один способ? (Фильтрование – малоэффективно. См. схему в тетради) Попробуем это на практике. Перед вами смесь бензина и сахара. Попробуйте ваши методы

                      Проанализируем ваши предложенные способы очистки бензина. (Фильтрование – малоэффективно. См. схему в тетради)

                      Что остается неизменным у веществ при переходе в смесь? Слайд12

                      Общее обсуждение: слушаем мнения групп .

                      Молодцы! Теперь экспедиция будет спасена!

                      4. Проверка знаний, умений навыков по теме (презентация)-тест на интер. доске

                      Слайд13 Укажите способы разделения следующих смесей:

                      Спирт и вода

                      Способ очистки чайной заварки от чаинок

                      Бензин и вода

                        Ответы:

                        Перегонка;

                        Фильтрование;

                        Отстаивание.

                        Слайд14, Слайд 15

                        Творческие задания:

                        Вы пошли в поход. Совершенно случайно, вся ваша соль намочилась и к тому же в неё попали кусочки грязи. Другой соли нет. Как вы поступите?

                        Помогите героине русской народной сказки “Василиса Прекрасная”. В этой сказке Баба-Яга приказала Василисе отделить манку от гречки и мак от земли. Героине сказки помогли птицы. Мы же теперь можем разделить крупы, мак и землю различными научными методами. Опишите, как можно все это разделить?

                           

                          Молодцы ребята вы смогли превратить наш урок в научную лабораторию.

                          Мы прошли с вами все этапы научного познания всего лишь на одном уроке.

                          Давайте вернемся к тем задачам и целям, которые вы поставили на уроке.

                          Рефлексвно-оценочный (3 мин).

                          Учитель: Ребята, ответьте пожалуйста на вопросы

                          1. Что вы узнали на уроке?

                          А что для вас явилось полезной информацией?

                            Ну а полезным навыком , что для тебя явилось……

                            И последнее, я предлагаю вам оценить работу своих групп с помощью колеса самооценки. Возьмите его пожалуйста. На колесе самооценки есть 6 критериев по которым вы должны оценить себя и работу своей группы. Посоветовавшись и от 0 до 10. В течении 1 минуты оцените работу по данным критериям. Вам понятно как выполнять оценивание. В течении минуты поставьте точки.

                            Что вы можете сказать по критерию Работа ума и получения новых знаний?

                            Почему? Спасибо! Замечательно. Вторая группа, как вы оценили деятельность своей группы по критерию гармония отношений с коллегами.

                            И третья группа как вы оценили, себя по критерию у нас все получилось!

                            7. Задание на дом:

                            Задание на дом: п.25 стр. 134 №3 устно.

                            Домашняя работа: (слайд 21) Попытайтесь найти простые и эффективные методы разделения смеси бытового мусора, состоящего из поваренной соли, песка, железного порошка и гранул полиэтилена. Воспользуйтесь составленной таблицей и, если это будет необходимо, дополнительной информацией из Интернета. Ваши предположения можете присылать мне на сайт.

                            Ребята, мы сегодня с вами плодотворно поработали, ответили на много вопросов, познакомились со способами разделения смесей, применили их на практике, достигли намеченной цели, закрепили полученные ранее знания.

                            Надеюсь, вы поняли, что «никто не знает так много, как все мы вместе».

                             Спасибо за урок! (слайд 22)

                            Успехов вам в дальнейшем изучении химии!

                            Давайте поблагодарим друг друга аплодисментами!

                            Желаю вам в этой жизни накапливать только позитивную энергию и дарить ее окружающим во всем в учебе , в работе . в общении, в познании нашего мира. Спасибо вам большое!

                            Audi и Global Bioenergies нашли замену бензину?

                            Создано 08.02.2014 11:53
                            Автор: Natali


                            Сахар является одним из худших вещей, которые можно положить в бензобак вашего авто. Тем не менее одного из крупнейших игроков мирового автопрома это не останавливает от исследования биотоплива из сладкого порошка.

                            Французская компания Global Bioenergies, один из лидеров в разработке биотоплива, сообщила о подписании соглашения с немецким автогигантом Audi на совместную разработку изооктана, получаемого из изобутена – высокоэффективного биотоплива для бензиновых двигателей. И самое интересное, что для использования получаемого био-изооктана не требуется никаких модификаций двигателя, что делает легкой его заменой обычному бензину.

                            Томас Бул, глава отдела по развитию бизнеса Global Bioenergies говорит: «Мы только что анонсировали начало нашей пре-коммерческой пилотной фазы проекта в Центре Химико- и Био- технологических Процессов организации Фраунхофер (Fraunhofer Center for Chemical-Biotechnological Processes CBP) в Лойне, на которой уже сейчас мы получаем изобутан высокой чистоты, который можно использовать в различных сферах. Ключевым моментом нашего сотрудничества с Audi будет поставка автогиганту изооктана, полученного из изобутана на этой пилотной стадии».

                            Global Bioenergies являются пионерами в разработках процессов прямого и дешевого преобразования различных возобновляемых ресурсов в легкие олефины (непредельные ацикличные углеводороды, содержащие двойную связь между атомами углерода), основной материал для получения бензина. Самой продвинутой программой компании является производство био-изобутана, который может иметь широкое применение и одно из них это преобразование его в изооктан – золотой стандарт для бензиновых двигателей (октановое число – 100).

                            Поскольку получаемое топливо является готовым к использованию в чистом виде, оно может быть использовано для смешивания со стандартными видами топлива для бензиновых двигателей в любых пропорциях. Оно не имеет недостатков биотоплива на основе спиртов типа этанола или изобутанола, которые необходимо смешивать в определенных пропорциях и которые так же имеют достаточно высокий расход.

                            Так же, как и в случае с процессом получения других видов биотоплива, Global Bioenergies ферментируют сахар используя микроорганизмы. Специально модифицированная учеными — биоинженерами бактерия E. Coli поедая сахар, выделяет изобутан в качестве побочного продукта. В текущих процессах получения биотоплива, как только концентрация этанола в среде достигает 12 процентов, он начинает отравлять микроорганизмы и процесс ферментации останавливается.

                            Однако, в данном случае получаемый продукт является газом, по этой причине концентрация в ферментационной емкости никогда не достигает токсичного уровня. Это позволяет бактериям продолжать преобразование сахара в большее количество топлива и в течение длительного периода. Ожидается, что данный процесс может быть легко адаптирован для использованиями с другими пищевыми продуктами, такими как кукуруза, сахарный тростник и другими биологическими материалами, богатыми глюкозой – например, древесной стружкой.

                            Полученный изобутан фильтруют, чтобы отделить такие примеси, как двуокись углерода. Ученые утверждают, что работать с газообразными веществами проще и требует в разы меньше энергии, чем дистилляция. Полученное биотопливо может быть использовано в любом бензиновом двигателе или смешанно с традиционным бензином.

                            Global Bioenergies уже продемонстрировала свою технологию в лабораторных условиях и теперь строит второй пилотный завод по производству био-изооктана в Лойне. На этом заводе, имитирующем полномасштабное предприятие, будут установлены 2 ферментатора, по 5000 литров каждый, и полноценная система ректификации. Расчётная производительность завода составляет 100 000 литров биотоплива в год. Полученный изобутан будет использован в производстве биотоплива, пластиков и эластомеров, образцы которых будут отправлены представителям различных отраслей.

                            Этот пилотный завод строится при поддержке Министерства Образования и Исследований Германии, предоставившему грант в размере 7 миллионов долларов США.

                            Первый пилотный завод Global Bioenergies был открыт в Июне 2013 в центре завода по производству биотоплива Bazancourt-Pomacle, расположенного недалеко от Реймса, Франция. Данный завод запущен в сотрудничестве с Arkema (французская компания, занимается разработкой специальных хим. веществ и материалов) , CNRS (Государственный Центр Научных Исследований Франции) и финансовой поддержке национальной программы Франции «Investissements d’Avenir» (Инвестиции в будущее) в 5 миллионов евро.

                            Этот завод рассчитан на исследование и отработку методов промышленного применения изобутана в области производства метакрилатов, используемых для получения различных полимеров

                            Audi видит в этом сотрудничестве 2 момента. Во-первых, она сможет проверить и при необходимости, подготовить свой модельный ряд к новому топливу. Во-вторых, согласно контракта, она может получить до 2% акций Global Bioenergies.
                            На подходе очередная замена традиционному топливу, обладающая большим потенциалом и, по заверениям разработчиков, низкой стоимостью.

                            Как всегда, ждем окончания исследований.

                            Facepla.net по материалам: wired.com

                            Приготовление смесей и способы их разделения

                            Изучая химию, я узнала, что чистых веществ в природе, технике, быту очень мало. Гораздо чаще встречаются смеси – сочетания двух или более компонентов, химически друг с другом не связанных. Смеси различаются величиной входящих в их состав частиц веществ, а также агрегатным состоянием компонентов. Для химических исследований необходимы чистые вещества. А как же их получить или выделить из смеси? На этот вопрос я и пыталась ответить в своей работе.

                            В повседневной жизни нас окружают смеси веществ. Воздух, которым мы дышим, пища, которую потребляем, вода – которую пьём, и даже мы сами – всё это с точки зрения химии смеси, содержащие от 2-3 до многих тысяч веществ.

                            Смеси – это системы, состоящие из нескольких компонентов, химически друг с другом не связанных. Смеси различают величиной входящих в их состав частиц веществ. Иногда эти частицы настолько велики, что их можно видеть невооружённым глазом. К подобным смесям, например, можно отнести стиральный порошок, кулинарные смеси для выпечки, строительные смеси. Порой частицы компонентов в смесях более мелкие, неразличимые глазом. Например, в состав муки входят крупицы крахмала и белка, которые невозможно различить невооружённым глазом. Молоко – это тоже водная смесь, в которой содержатся маленькие капельки жира, белок, лактоза и другие вещества. Увидеть капельки жира в молоке можно, если рассмотреть каплю молока под микроскопом. Агрегатное состояние веществ в смесях может быть различным. Зубная паста, например, — это смесь твёрдых и жидких составляющих. Есть смеси, при образовании которых вещества настолько «проникают друг в друга», что разбиваются на мельчайшие частицы, не различимые даже под микроскопом. Как бы мы не всматривались в воздух, различить составляющие его газы нам не удастся.

                            Таким образом, смеси классифицируются:

                            Смеси, в которых частички веществ, составляющие смесь, видны невооружённым глазом или под микроскопом, называются неоднородными или гетерогенными.

                            Смеси, в которых даже с помощью микроскопа нельзя увидеть частицы веществ, составляющих смесь, называются однородными или гомогенными.

                            Однородные смеси по агрегатному состоянию делятся: на газообразные, жидкие и твёрдые. Смесь любых газов гомогенна. Например, чистый воздух – это гомогенная смесь азота, кислорода, углекислого и благородных газов. А вот пыльный воздух – это уже гетерогенная смесь тех же газов, только содержащая ещё и частицы пыли. К жидким природным смесям относится нефть. В её состав входят сотни различных компонентов. Безусловно, самой распространённой жидкой смесью, а точнее раствором, является вода морей и океанов. В 1 литре морской воды содержится в среднем 35 грамм различных солей. С жидкими смесями в повседневной жизни мы встречаемся постоянно. Шампуни и напитки, микстуры и препараты бытовой химии – всё это смеси веществ. Даже воду из-под крана нельзя считать чистым веществом: в ней содержатся растворённые соли, мельчайшие нерастворимые примеси, а также микроорганизмы, которые обеззараживают хлорированием. Широко распространены и твёрдые смеси. Горные породы представляют собой смесь нескольких веществ. Почва, песок, глина – это твёрдые смеси. К твёрдым смесям можно отнести стекло, керамику, сплавы.

                            Химики составляют смеси простым перемешиванием различных веществ – составных частей, свойства которых могут быть различны. Важно, что в смесях сохраняются свойства их составных частей. Так, например, серая краска получается при смешивании чёрной и белой. Хотя мы и видим серый цвет, это не означает, что все частицы такой серой краски имеют серый цвет. Под микроскопом обязательно обнаружатся частицы чёрного и белого цветов, из которых состояли чёрная и белая краски.

                            Разделение смесей на составные части (индивидуальные вещества) – задача более сложная, чем приготовление смесей, но не менее важная. Важнейшие способы разделения смесей могут быть отражены схемой:

                            Применяя различные способы разделения смесей (отстаивание, фильтрование, перегонку, вымораживание и другие), получают масло из молока, золото – из речного песка, спирт – из браги, очищают воду от нерастворимых и растворимых примесей.

                            Для химических лабораторий и промышленности часто требуются чистые вещества. Чистыми называют вещества, которые обладают постоянными физическими свойствами, например дистиллированная вода. (Практически абсолютно чистые вещества не получены. )

                            Существуют различные способы разделения смесей. Ознакомимся более подробно с этими способами.

                            Выделение из неоднородной смеси.

                            1. Отстаивание.

                            а) Выделение веществ неоднородной смеси, образованной нерастворимыми в воде веществами с различной плотностью. Например, железные опилки от древесных можно отделить, взбалтывая эту смесь с водой, а затем отстаивая. Железные опилки опускаются на дно сосуда, а древесные всплывают, и их вместе с водой можно слить.

                            б) Некоторые вещества осаждаются в воде с различной скоростью. Если взболтать с водой глину с примесью песка, то песок оседает значительно быстрее. Этот способ используется в керамическом производстве для отделения песка от глины (производство красных кирпичей, глиняной посуды и др. ) в) Разделение смеси малорастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки или колонки. Иногда жидкости с различной плотностью отделяют центрифугированием, например сливки от молока.

                            2. Фильтрование.

                            Выделение веществ из неоднородной смеси, образованной растворимыми в воде веществами.

                            Для выделения поваренной соли смесь её с песком взбалтывают в воде. Поваренная соль растворяется, а песок оседает.

                            Чтобы ускорить отделение нерастворимых частиц из раствора, смесь фильтруют. Песок остается на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр.

                            3. Действие магнитом.

                            Выделение из неоднородной смеси веществ, способных к намагничиванию. Если имеется, например, смесь порошков железы и серы, то их можно разделить при помощи магнита.

                            Выделение веществ из однородной смеси.

                            4. Выпаривание. Кристаллизация.

                            Чтобы растворенное вещество, например, поваренную соль, выделить из раствора, последний выпаривают. Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остается поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворенное вещество выделяется в виде кристаллов. Этот способ очистки веществ называют кристаллизацией.

                            5. Дистилляция.

                            Это способ разделения смесей основан на различии в температурах кипения растворимых друг в друге компонентов.

                            Дистилляция (перегонка) – прием разделения однородных смесей путем испарения летучих жидкостей с последующей конденсацией их паров. Например, получение дистиллированной воды.

                            Для этого воду с растворенными в ней веществами кипятят в одном сосуде. Образующиеся водяные пары конденсируются в другом сосуде в виде дистиллированной воды.

                            6. Хроматография.

                            Этот способ основан на том, что отдельные вещества с различной скоростью поглощаются (связываются) поверхностью другого вещества.

                            С сущностью этого способа можно познакомиться на следующем опыте.

                            Если полоску из фильтровальной бумаги подвесить над сосудом с красными чернилами и погрузить в них лишь конец полоски, то можно заметить, что раствор будет впитываться бумагой и подниматься по ней. Однако граница подъема краски будет отставать от границы подъема воды. Таким образом, происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества, придающего раствору красный цвет.

                            Экспериментальная часть.

                            Правила техники безопасности в домашней лаборатории.

                            Представить себе химию без химических опытов невозможно. Поэтому изучить эту науку, понять её законы и, конечно, полюбить её можно только через эксперимент. Сложилось мнение, что химический эксперимент – это сложное оборудование и недоступные реактивы, ядовитые соединения и страшные взрывы и для занятий химией необходимы особые условия. Тем не менее, более 300 химических опытов с самыми различными веществами можно выполнить в домашних условиях. В связи с тем, что в домашней лаборатории нет вытяжного шкафа и других специальных устройств, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:

                            1. Запрещается проводить опыты с ядовитыми и опасными веществами.

                            2. Нельзя накапливать и хранить дома большие количества реактивов.

                            3. Химические реактивы и вещества должны иметь этикетки с названиями, концентрацией и сроком изготовления.

                            4. Химические вещества нельзя пробовать на вкус.

                            5. Для определения запаха нельзя сосуд с веществом близко подносить к лицу. Нужно ладонью руки сделать несколько плавных взмахов от отверстия сосуда к носу.

                            6. Если пролилась кислота или щелочь, то вещество предварительно нейтрализуют или засыпают песком и удаляют тряпкой или собирают в совок.

                            7. Перед проведением эксперимента, каким бы простым он ни казался, нужно внимательно прочесть описание опыта и понять свойства применяемых веществ. Для этого есть учебники, справочники и другая литература.

                            Опыт №1. Разделение гетерогенных смесей.

                            А) Приготовить гетерогенную смесь песка и железного порошка.

                            Цель эксперимента: научиться разделять гетерогенные смеси разными способами.

                            Оборудование: речной песок, железный порошок, магнит, два химических стакана.

                            Методика проведения эксперимента:

                            В химический стакан внести по одной столовой ложке железного порошка и речного песка, осторожно перемешать смесь до равномерно окрашенного продукта. Отметить его цвет и испытать его магнитные свойства, поднося магнит к внешней стороне стакана. Определить какие вещества придают смеси цвет и магнитные свойства. Разделим приготовленную гетерогенную смесь с помощью магнита. Для этого поднесём к внешней стенке стакана магнит, и слегка постукивая магнитом по внешней стенке, соберём железный порошок на внутренней стенке стакана. Удерживая железо магнитом на внутренней стенке стакана, пересыпаем песок в другой стакан. Данные опыта заносим в таблицу.

                            Б) Приготовить смесь поваренной соли, земли и стружек, образующихся после заточки карандаша.

                            Оборудование: поваренная соль, земля, стружки после заточки карандаша, стакан, вода, фильтр, ложка, сковорода.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Приготовьте смесь, перемешав по одной чайной ложке поваренной соли, земли и карандашных стружек. Растворите полученную смесь в стакане воды, всплывшие стружки удалите шумовкой и положите для сушки на лист бумаги. Изготовьте фильтр из бинта или марли, сложив 3-4 слоя, и не туго натяните его на другой стакан. Профильтруйте смесь. Фильтр с оставшейся землёй высушите, затем счистите её с фильтра. Отфильтрованную жидкость (фильтрат) перелейте из стакана в эмалированную миску или сковороду и выпарьте. Выделившиеся кристаллики соли соберите. Сравните количества веществ до и после проделанных опытов.

                            Опыт №2. Разделение гомогенных смесей методом бумажной хроматографии.

                            А) Разделить гомогенную смесь красного и зелёного красителя.

                            Оборудование: полоска фильтровальной бумаги, химический стакан, пробка на стакан, фломастеры красный и зелёный, спирт (70% водный раствор).

                            Методика проведения эксперимента:

                            Взять полоску фильтровальной бумаги, длина которой на 2-3 см больше высоты химического стакана. На середине этой полоски отметить простым карандашом точку, отступив от края 1. 5 см. В отмеченную точку нанести фломастерами пятна красителей диаметром не более 5 мм. Сначала сделать точку размером 1-2 мм красным фломастером, а затем поверх красного пятнышка нанести зелёное так, чтобы зелёное пятнышко выступало за границу красного примерно на 1 мм. Дать пятну смеси просохнуть (1-2 минуты) и затем осторожно, чтобы не повредить бумагу, обвести его простым карандашом по контуру.

                            В химический стакан налить спирт слоем 0,5-1 см. Поместить вертикально бумажную полоску с пятном смеси красителей в стакан и отогнуть выступающую часть полоски к наружной поверхности стакана. Пятно красителей должно быть над жидкостью на расстоянии 0,5 см. Накрыть стакан перевёрнутой пробкой. Наблюдать смачивание полоски бумаги и движение окрашенного пятна вверх с разделением его на два пятна. Для полного разделения смеси красителей потребуется около 20 минут. После того, как бумага полностью пропитается спиртом, вынуть её и дать просохнуть 5-10 минут. Отметить цвета разделения пятен. Результаты наблюдений занести в таблицу.

                            Б) Разделите методом хроматографии на бумаге следующие смеси: спиртовой раствор «зелёнки»; водный раствор чёрной туши для чертёжных работ.

                            Цель эксперимента: освоить метод бумажной хроматографии, научиться определять разницу между чистыми веществами и смесями.

                            Оборудование: химический стакан, полоска фильтровальной или промокательной бумаги, спиртовой раствор «зелёнки», водный раствор туши для чертёжных работ.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Полоску из фильтровальной бумаги необходимо подвесить над сосудом с раствором «зелёнки» и чёрной туши так, чтобы бумага только касалась раствора.

                            Граница подъёма «зелёнки» и красящего вещества будут отставать от границы подъёма спирта и воды соответственно. Таким образом, происходит разделение двух веществ в составе однородных смесей: а) спирта и бриллиантового зелёного, б) воды и красящего вещества.

                            Опыт №3. Диффузия.

                            Цель эксперимента: изучить на практике процесс диффузии.

                            Оборудование: желатин пищевой, марганцовка, медный купорос, вода, кастрюля, ложечка из нержавеющей стали для перемешивания, электрическая или газовая плитка, пинцет, два прозрачных пузырька.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Чайную ложечку желатина опустите в стакан с холодной водой и оставьте на час-другой, чтобы порошок успел набухнуть. Перелейте смесь в маленькую кастрюльку. Нагревайте смесь на слабом огне; следите, чтобы она ни в коем случае не закипела! Размешивайте содержимое кастрюльки до тех пор, пока желатин полностью не растворится. Горячий раствор перелейте в два пузырька. Когда он остынет, в середину одного из пузырьков быстрым и осторожным движением введите пинцет, в котором зажат кристаллик марганцовки. Слегка разожмите пинцет и быстро выньте его. В другой пузырёк внесите кристаллик медного купороса. Желатин замедляет процесс диффузии, и несколько часов подряд вы сможете наблюдать очень интересную картину: вокруг кристалликов будет расти окрашенный шар.

                            Опыт №4. Разделение гомогенных смесей методом кристаллизации.

                            Вырастить кристалл или кристаллы из насыщенного раствора поваренной соли, медного купороса или алюмокалиевых квасцов.

                            Цель эксперимента: научиться приготавливать насыщенный раствор поваренной соли или других веществ, выращивать кристаллы различных размеров, закрепить умения и навыки при работе с веществами и химическим оборудованием.

                            Оборудование: стакан и литровая банка для приготовления раствора, деревянная ложка или палочка для перемешивания, соль для эксперимента – поваренная соль, медный купорос или квасцы, горячая вода, затравка – кристаллик соли, подвешенный на нитке, воронка и фильтровальная бумага.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Приготовьте насыщенный раствор соли. Для этого сначала налейте в банку горячей воды до половины её объёма, затем порциями добавляйте соответствующую соль, постоянно перемешивая. Добавляйте соли до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Отфильтруйте полученный раствор в стакан через воронку с фильтровальной бумагой или ватой и оставьте раствор остывать на 2-3 часа. Внесите в остывший раствор затравку – кристаллик соли, подвешенный на нити, осторожно накройте раствор крышкой и оставьте на продолжительное время (2-3 дня и более).

                            Результаты работы и выводы:

                            Изучите свой кристалл и ответьте на вопросы:

                            • Сколько дней вы выращивали кристалл?

                            • Какова его форма?

                            • Какого цвета кристалл?

                            • Прозрачный он или нет?

                            • Каковы размеры кристалла: высота, ширина, толщина?

                            • Какова масса кристалла?

                            Зарисуйте или сфотографируйте свой кристалл.

                            Опыт №5. Разделение гомогенных смесей методом дистилляции.

                            Получить в домашних условиях 50 мл дистиллированной воды.

                            Цель эксперимента: научиться разделять однородные смеси методом дистилляции.

                            Оборудование: эмалированный чайник, две стеклянные банки.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Налейте в эмалированный чайник на 1/3 объёма воды и поставьте на газовую плиту так, чтобы носик чайника выступал за край плиты. Когда вода закипит, нацепите на носик чайника стеклянную банку-холодильник, под которую приспособьте вторую банку для сбора конденсата. Для того чтобы банка-холодильник не перегревалась, на неё можно класть смоченную холодной водой салфетку.

                            Результаты работы и выводы:

                            Ответьте на поставленные вопросы:

                            • Что представляет собой водопроводная вода?

                            • Какими способами разделяют однородные смеси?

                            • Что представляет собой дистиллированная вода? Где и в каких целях она используется?

                            Зарисуйте проделанный вами опыт.

                            Опыт №6. Извлечение крахмала из картофеля.

                            Получить в домашних условиях небольшое количество крахмала.

                            Цель эксперимента: научиться извлекать вещества из растительного сырья.

                            Оборудование: 2-3 картофелины, тёрка, марля, небольшая кастрюлька, вода.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Очищенный картофель натрите на мелкой тёрке и полученную массу размешайте в воде. Затем профильтруйте её через марлю и отожмите. Остаток массы в марле вновь перемешайте с водой. Дайте жидкости отстояться. Крахмал осядет на дно посуды. Слейте жидкость, а осевший крахмал вновь размешайте. Повторите операцию несколько раз, пока крахмал не станет совершенно чистым и белым. Профильтруйте и просушите получившийся крахмал.

                            Как вы думаете, из какого картофеля больше получится крахмала: из молодого (который недавно выкопали) или старого (который всю зиму находился в овощехранилище)?

                            Опыт №7. Извлечение сахара из сахарной свёклы.

                            Получить в домашних условиях небольшое количество сахара.

                            Цель эксперимента: научиться извлекать вещества из растительного сырья.

                            Оборудование: большая сахарная свёкла, активированный уголь, речной песок, кастрюлька, две банки, вата, ложка, воронка, марля.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Разрежьте на небольшие кусочки свёклу, положите их в кастрюльку, налейте в неё стакан воды и кипятите 15-20 минут. Ломтики сваренной свёклы тщательно разотрите ложкой или пестиком. Эту массу тёмного цвета профильтруйте через воронку, в которой находится вата. Затем полученный раствор отфильтруйте через воронку, подготовленную специальным образом. В неё положите кусочек марли, на марлю – тонкий слой ваты, потом измельчённый активированный уголь (4-5 таблеток) и тонкий слой (1 см) чистого речного песка (речной песок заранее промыть и высушить). Полученный раствор (фильтрат) поместите в кастрюльку. Нужно выпарить его часть до появления прозрачных кристаллов. Это и есть сахар. Попробуйте его на вкус!

                            Как вы думаете, зачем нужна фильтрация жидкости через слой активированного угля?

                            Опыт №8. Извлечение творога из молока.

                            Получите несколько грамм творога в домашних условиях.

                            Цель эксперимента: научиться изготавливать творог в домашних условиях.

                            Оборудование: молоко, уксус, кастрюлька, марля, газовая плита.

                            Методика проведения эксперимента:

                            В молоке есть белок. Если молоко закипает, «убегает» через край, то при этом сразу же распространяется характерный для жжёного белка запах. Появление характерного запаха жжёного молока свидетельствует о том, что произошло явление денатурации (сворачивание белка и переход его в нерастворимую форму). Денатурация белка происходит не только из-за нагревания.

                            Проведём следующий опыт. Подогреем полстакана молока так, чтобы оно стало чуть тёплым, и добавим уксус. Молоко тот час же свернётся, образуя большие хлопья. (Если молоко оставить в тёплом месте, то белок тоже сворачивается, но уже по другой причине – это «работают» молочно-кислые бактерии). Содержимое кастрюльки отфильтровывают через марлю, придерживая её за края. Если потом соединить края марли, приподнять над стаканом и отжать, то на ней останется густая масса – творог.

                            Опыт №9. Получение сливочного масла.

                            Получить в домашних условиях небольшое количество сливочного масла.

                            Цель эксперимента: научиться в домашних условиях извлекать сливочное масло из молока.

                            Оборудование: молоко, стеклянная банка, небольшой прозрачный пузырёк с пробкой или плотно закрывающейся крышкой.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Налейте в стеклянную банку свежего молока, поставьте её в холодильник. Через несколько часов, а лучше на следующий день посмотрите внимательно: что произошло с молоком? Объясните наблюдаемое.

                            Маленькой ложечкой осторожно соберите сливки (верхний слой молока) и перенесите их в пузырёк. Если необходимо сделать масло из сливок, то придётся долго и терпеливо встряхивать их в течение хотя бы получаса в пузырьке, закрытом крышкой, пока не образуется масляный комочек.

                            Опыт №10. Экстракция.

                            Провести на практике процесс экстракции.

                            Цель эксперимента: осуществить практически процесс экстракции.

                            А) Оборудование: семечки подсолнуха, бензин, пробирка, блюдце, ступка с пестиком.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Измельчите в ступке несколько штук семечек подсолнуха. Измельчённые семечки переложите в пробирку, и залейте небольшим количеством бензина, хорошо встряхните несколько раз. Дадим пробирке постоять часа два (подальше от огня), не забывая время от времени её встряхивать. Слейте бензин на блюдце и выставьте на балкон. Когда бензин испарится, на дне останется немного масла, которое растворилось в бензине.

                            Б) Оборудование: йодная настойка, вода, бензин, пробирка.

                            Методика проведения эксперимента:

                            Бензином можно извлечь также йод из аптечной йодной настойки. Для этого налейте в пробирку воды на треть, добавьте примерно 1мл йодной настойки и к образовавшемуся буроватому раствору прилейте столько же бензина. Встряхните пробирку и оставьте её в покое. Когда смесь расслоится, то верхний бензиновый слой станет тёмно-бурым, а нижний, водный, — почти бесцветным: ведь йод в воде растворяется плохо, а в бензине – хорошо.

                            Что такое – экстракция? Процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью экстрагирования – избирательного растворения в определённых жидкостях (экстрагентах) того или иного компонента смеси. Чаще всего экстрагируют вещества из водных растворов органическими растворителями, обычно не смешивающимися с водой. Главные требования к экстрагентам: селективность (избирательность действия), нетоксичность, возможно малая летучесть, химическая инертность и низкая стоимость. Экстракцией пользуются в химической промышленности, нефтепереработке, производстве лекарств и особенно широко в цветной металлургии

                            Заключение.

                            Выводы по работе.

                            При выполнении этой работы я научилась готовить гетерогенные и гомогенные смеси, проводила исследование свойств веществ и выяснила, что при простом составлении смеси из двух компонентов эти вещества не передают своих свойств друг другу, а сохраняют их при себе. На свойствах исходных компонентов (таких как: летучесть, агрегатное состояние, способность к намагничиванию, растворимость в воде, размер частиц и другие) основаны и способы их разделения. При выполнении учебного исследования, я освоила следующие методики разделения гетерогенных смесей: действие магнитом, отстаивание, фильтрование и гомогенных смесей: выпаривания, кристаллизации, дистилляции, хроматографии, экстракции. Мне удалось выделить из пищевых продуктов чистые вещества: сахар из сахарной свёклы, крахмал из картофеля, творог и сливочное масло из молока. Я поняла, что химия – это очень интересная и познавательная наука, и что знания, полученные на уроках химии и во внеурочное время очень пригодятся мне в жизни.

                            Результаты разделения смеси железа и песка.

                            опыт №1 №1 №1 №2 №2

                            вещество железо песок смесь часть 1 часть 2

                            цвет серый жёлтый серо-жёлтая серый жёлтый притяжение к магниту есть нет есть есть нет вывод свойства железа и свойства железа и смеси присущи выделенное вещество — выделенное вещество —

                            песка различны песка различны свойства и железа, и железо песок песка

                            Результаты разделения красителей на бумаге.

                            опыт №1 №2 вещество смесь красителей до разделения смесь красителей после разделения цвет чёрный краситель №1 – красный краситель №2 — зелёный вывод данная смесь является гомогенной. смесь разделена на два исходных вещества; это красный и зелёный красители.

                            ГДЗ (ответы) Химия 7 класс Григорович А.В. §5 Чистые вещества и смеси » Допомога учням

                            Другие задания смотри здесь…

                            Контрольные вопросы

                            Вопрос 1 Дайте определение смеси. Смесь — это системы, состоящие из двух и более компонентов.

                            Какие смеси называются однородными, а какие — неоднородными?

                            Однородные смеси — это смеси, в которых компоненты нельзя обнаружить наблюдением. Неоднородные смеси — это смеси, компоненты которых можно обнаружить наблюдением (разглядеть визуально или с помощью увеличительных приборов).

                            Приведите примеры.

                            Однородные смеси: воздух, столовый уксус, родниковая вода.

                            Неоднородные смеси; песок и вода, гранит, речная вода, молоко.

                             

                            Вопрос 2 Существуют ли в природе абсолютно чистые вещества? Алмаз, горный хрусталь, самородное золото, самородная сера

                             

                            Вопрос 3 Меняются ли свойства веществ в смеси? Нет

                            Почему? Смесь образуется простым смешиванием нескольких веществ, которые можно разделить физическими методами.

                             

                            Вопрос 4 Как отличить чистое вещество от смеси веществ? В этом случае нам помогут знания о физических свойствах веществ. Хотя каждое вещество предоставляет свои свойства смеси, но никогда смесь не имеет таких же свойств, как каждая из чистых веществ отдельно. Поэтому достаточно измерить некоторые физические свойства смеси и сравнить результат с данными справочника для чистых веществ. Если есть отклонения от справочных данных, то исследуемое вещество является не чистым веществом, а смесью. Например, раствор соли кипит при более высокой температуре, чем вода.

                             

                            Задания для усвоения материала

                            Упражнение 1 Чем отличаются смеси от чистых веществ? Выберите правильные ответы: 

                            а) чистые вещества состоят из одинаковых молекул, а смеси — из разных; 

                            б) чистые вещества состоят из разных молекул, а смеси — из одинаковых; 

                            в) в смеси вещества изменяют свои свойства; 

                            г) при смешивании свойства компонентов смеси не меняются; 

                            д) в свойствах смеси проявляются свойства ее отдельных компонентов.

                            Ответ: а), г), д)

                             

                            Упражнение 2 Выпишите отдельно названия смесей и чистых веществ: кислород, речная вода, водопроводная вода, минеральная вода, дистиллированная вода, поваренная соль, воздух, сахар, бензин, кровь, зубная паста, золото, зола.

                            Смеси 
                            Чистые вещества

                            Речная вода

                            Водопроводная вода
                            Минеральная вода
                            Воздух
                            Бензин
                            Кровь
                            Зубная паста
                            Зола 

                            Кислород
                            Дистиллированная  вода
                            Поваренная соль
                            Сахар
                            Золото

                             

                             

                             

                            3. Однородная или неоднородная смесь образуется при смешивании:

                            а) одеколона и воды; Однородная

                            б) муки и воды; Неоднородная

                            в) меда и чая; Однородная

                            г) песка и камней; Неоднородная

                            д) бензина и воды? Неоднородная

                             

                            Упражнение 4 Почему не удается выделить жир из свежего молока фильтрованием? Капли жира мелкие (их можно увидеть под микроскопом) и легко проходят сквозь поры фильтра.

                            Жир из свежего молока можно выделить методом отстаивания, поскольку капельки жира легче воды и всплывают на поверхность, образуя сливки.

                             

                            Упражнение 5 Приведите не менее пяти примеров однородных и неоднородных смесей, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни.

                            Однородные: чай, кофе, стекло, столовый уксус, воздух.

                            Неоднородные: водопроводная вода, минеральная вода, молоко, стиральный порошок, газированный напиток.

                             

                            Упражнение 6 Какие методы разделения смесей вам известны? На каких свойствах веществ они основаны? Приведите примеры смесей, которые можно разделить этими методами. Свой ответ оформите в виде таблицы:

                            Тип смеси

                             

                             

                             

                             

                            Метод 

                            разделения

                             

                             

                             

                            Короткое

                            описание 

                            метода

                             

                             

                            На каких

                            свойствах

                            веществ

                            основан

                            метод

                            Пример
                            смесей

                             

                             

                             

                            Неоднородная

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            1.

                            Отстаиванием

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            1. Смесь

                            оставляют

                            на некоторое

                            время для

                            отстаивания

                             

                             

                             

                             

                            1. Твердое

                            вещество,

                            практически

                            не раствори-

                            мое в воде; 

                            две жидкости,

                            что не сме-

                            шиваются

                            между собой

                            1. Песок

                            и вода;

                            мутная

                            вода;

                            вода и

                            масло

                             

                             

                             

                            Неоднородная

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            2.

                            Фильтрованием

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            2. Смесь

                            пропускают

                            сквозь фильтр,

                            молекулы воды

                            мельче любых

                            твердые частиц,

                            легко проходят

                            сквозь поры

                            фильтра, а 

                            твердые час-

                            тицы, размер

                            которых больше

                            размера пор,

                            задерживаются

                            фильтром

                            2. Смесь

                            жидкости и

                            нерастворен-

                            ного в ней

                            твердого

                            вещества.

                            Частицы в

                            жидкости

                            очень измель-

                            ченные и

                            почти не

                            оседают

                             

                             

                             

                            2. Вода и

                            мел;
                            вода и

                            древесные

                            опилки

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            Неоднородная

                             

                             

                             

                             

                             

                            3.

                            Действием

                            магнита

                             

                             

                             

                            3. К смеси

                            преподносят

                            магнит

                             

                             

                             

                            3. Магнитные

                            свойства

                            одного

                            с веществ

                            смеси

                             

                            3. Песок и

                            железные

                            опилки;

                            древесные

                            и желез-

                            ные опилки

                            Однородная

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            1.

                            Выпариванием

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            1. Раствор

                            выпаривают

                            в фарфоровой

                            чашке. Вода

                            испарится, а

                            растворимое

                            твердое ве-

                            щество оста-

                            нется на дне

                            чашки

                            1.  Раствори-

                            мое твердое

                            вещество в

                            летучей

                            жидкости

                             

                             

                             

                             

                             

                            1. Вода и

                            сахар; 
                            соль и

                            вода

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            Однородная

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            2.

                            Перегонка

                            (дистилляция)

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            2. Смесь 

                            нагревают.

                            Жидкость с

                            более низкой

                            температурой

                            кипения

                            испаряется

                            первой, испа-

                            рения конден-

                            сируются 

                            (превращаются

                            в жидкость), а в

                            приемник сте-

                            кает каплями

                            чистая жидкость

                            2.  Смеси

                            летучих

                            веществ,

                            имеющих

                            разную

                            температуру

                            кипения

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            2. Спирт и

                            вода

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                             

                            Упражнение 7 Каким способом можно разделить смеси: 

                            а) воды и бензина; Отстаиванием (неоднородная смесь двух жидкостей, которые не смешиваются между собой: в верхнем слое более легкая жидкость — бензин, в нижнем — вода).

                            б) сахара и песка; Фильтрованием (неоднородная смесь твердого нерастворимого вещества (песок) и жидкости (вода с растворенным сахаром)) и выпариванием (однородная смесь растворенного сахара в воде)

                            в) песка и опилок; Отстаиванием (Неоднородная смесь твердых нерастворимых веществ: опилки всплывут на поверхность, а песок осядет на дно).

                            г) муки и железных опилок; Действием магнита (железные опилки, имея магнитные свойства, притягиваются магнитом) 

                            д) крахмала и сахара? Отстаиванием (неоднородная смесь твердого нерастворимого вещества (крахмала) и жидкости (вода с растворенным сахаром) и выпариванием (однородная смесь растворенного сахара в воде).

                             

                            Упражнение 8 Приведите пример использования метода отстаивания в быту. После кипячения воды перед употреблением даем ей отстояться, чтобы твердые нерастворимые в воде вещества осели на дно сосуда

                             

                            Упражнение 9. Что представляет собой питьевая вода? Узнайте, как вода попадает в ваш дом. Можно ли считать водопроводную воду чистой? Нет, так как она содержит примеси других веществ.

                            Может ли в природе существовать чистая вода? Родниковая вода.

                            Поговорите со взрослыми и узнайте, какие меры позволят улучшить качество питьевой воды. Пользоваться фильтрами, кипятить и отстаивать питьевую воду.

                            Другие задания смотри здесь…

                            Сладкий дизель! Discovery возрождает процесс прямого преобразования сахара в дизельное топливо

                            Ученые из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что давно заброшенный процесс ферментации, который когда-то использовался для превращения крахмала во взрывчатые вещества, может быть использован для производства возобновляемого дизельного топлива, которое заменит ископаемое топливо, которое сейчас используется на транспорте.

                            Аспирант Захари Баер работает с ферментационной камерой в здании Energy Biosciences, чтобы отделить ацетон и бутанол (прозрачный верхний слой) от желтоватого настоя Clostridium внизу.Химические вещества можно извлекать и каталитически изменять, чтобы получить топливо, горящее как дизельное топливо. На фото Роберт Сандерс.

                            Химики и инженеры-химики университетского городка объединились для производства дизельного топлива из продуктов бактериального брожения, открытого почти 100 лет назад первым президентом Израиля, химиком Хаимом Вейцманом. Модернизированный процесс производит смесь продуктов, которые содержат больше энергии на галлон, чем этанол, который сегодня используется в транспортном топливе, и может быть коммерциализирован в течение 5-10 лет.

                            Хотя стоимость топлива по-прежнему выше, чем у дизельного топлива или бензина, произведенного из ископаемого топлива, ученые заявили, что этот процесс резко сократит выбросы парниковых газов от транспорта, одного из основных факторов глобального изменения климата.

                            «Что меня действительно воодушевляет, так это то, что это принципиально иной способ получения сырья — сахара или крахмала — и производства всех видов возобновляемых продуктов, от топлива до товарных химикатов, таких как пластмассы», — сказал Дин Тосте, профессор химии и соратник. -автор доклада о новой разработке, которая появится в нояб.8 выпуск журнала Nature .

                            Работа Тосте, соавторов Харви Бланча и Дугласа Кларка, профессоров химической и биомолекулярной инженерии, и их коллег была поддержана Институтом энергетических биологических наук, результатом сотрудничества Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, и финансируется энергетической фирмой BP.

                            Связь между Toste, чья работа EBI заключается в разработке новых катализаторов, и Кларком и Бланчем, которые работают над гидролизом и ферментацией целлюлозы, была впервые предложена инженером-химиком BP Полом Виллемсом, заместителем директора EBI.Сотрудничество, по словам Виллемса, иллюстрирует потенциальную ценность, которую могут принести партнерские отношения между наукой и промышленностью, такие как EBI.

                            В позднем процессе Вейцмана используется бактерия Clostridium acetobutylicum для ферментации сахаров в ацетон, бутанол и этанол. Бланч и Кларк разработали способ извлечения ацетона и бутанола из ферментационной смеси, оставив при этом большую часть этанола, в то время как Тосте разработал катализатор, который превращал этот идеально пропорциональный напиток в смесь длинноцепочечных углеводородов, напоминающую комбинацию углеводородов. в дизельном топливе.

                            Испытания показали, что оно горит так же хорошо, как обычное дизельное топливо на нефтяной основе.

                            «Похоже, что он очень совместим с дизельным топливом, и его можно смешивать с дизельным топливом в соответствии с летними или зимними условиями вождения в различных штатах», — сказал Бланч.

                            Процесс достаточно универсален, чтобы использовать широкий спектр возобновляемых исходных материалов, от кукурузного сахара (глюкозы) и тростникового сахара (сахарозы) до крахмала, и может работать с непищевым сырьем, таким как трава, деревья или полевые отходы в целлюлозных процессах. .

                            «Вы можете настроить размер ваших углеводородов в зависимости от условий реакции для получения более легких углеводородов, типичных для бензина, или углеводородов с более длинной цепью в дизельном топливе, или углеводородов с разветвленной цепью в топливе для реактивных двигателей», — сказал Тосте.

                            Процесс Первой мировой войны

                            Процесс ферментации, названный ABE для трех производимых химикатов, был открыт Вейцманом примерно в начале Первой мировой войны в 1914 году и позволил Британии производить ацетон, который был необходим для производства кордита, использовавшегося в то время в качестве топлива для военных целей. заменить порох.Повышение доступности и снижение стоимости нефти вскоре сделали этот процесс экономически неконкурентоспособным, хотя во время Второй мировой войны его снова использовали в качестве исходного материала для синтетического каучука. Последний завод в США, использовавший этот процесс для производства ацетона и бутанола, закрылся в 1965 году.

                            Тем не менее, по словам Бланча, процесс, посредством которого бактерии Clostridium превращают сахар или крахмал в эти три химических вещества, очень эффективен. Это побудило его и его лабораторию исследовать способы разделения продуктов брожения, которые потребляли бы меньше энергии, чем обычный метод дистилляции.

                            Прозрачная жидкость в верхней части флакона представляет собой глицерилтрибутират, который извлекает ацетон и бутанол из ферментационной камеры. Это позволяет химикам легче отделять химические вещества от желтого брожения и защищает бактерии, которые погибают при высоких концентрациях химических веществ.

                            Они обнаружили, что некоторые органические растворители, в частности глицерилтрибутират (трибутирин), могут экстрагировать ацетон и бутанол из ферментационного бульона, но не экстрагировать много этанола. Трибутирин не токсичен для бактерий и, как масло и вода, не смешивается с бульоном.

                            Собранные EBI, Бланч и Кларк обнаружили, что Тосте открыл каталитический процесс, в котором предпочтительно именно такое соотношение ацетона, бутанола и этанола для получения ряда углеводородов, в первую очередь кетонов, которые сгорают так же, как алканы, содержащиеся в дизельном топливе.

                            «В процессе экстрактивной ферментации для извлечения бутанола и ацетона используется менее 10 процентов энергии по сравнению с обычной дистилляцией — это большая экономия энергии», — сказал Бланч.«И продукты идут прямо в химию в правильных соотношениях, оказывается».

                            Текущий каталитический процесс использует палладий и фосфат калия, но дальнейшие исследования открывают другие катализаторы, которые столь же эффективны, но дешевле и долговечнее, сказал Тосте. Катализаторы работают, связывая этанол и бутанол и превращая их в альдегиды, которые реагируют с ацетоном, чтобы добавить больше атомов углерода, производя более длинные углеводороды.

                            «Чтобы это работало, нам нужно было, чтобы инженеры-биохимики работали рука об руку с химиками, а это значит, что для разработки процесса нам пришлось выучить язык друг друга», — сказал Кларк.«Вы не найдете этого во многих местах».

                            Кларк отметил, что дизельное топливо, произведенное с помощью этого процесса, может изначально поставлять нишевые рынки, такие как военные, но стандарты возобновляемого топлива в таких штатах, как Калифорния, в конечном итоге сделают биологическое дизельное топливо экономически жизнеспособным, особенно для грузовиков, поездов и других транспортных средств, которые нуждаются в большем количестве. мощность, чем могут обеспечить альтернативные аккумуляторы.

                            «Дизель может вернуть Clostridium в бизнес, помогая нам уменьшить глобальное потепление», — сказал Кларк.«Это один из основных факторов, стоящих за этим исследованием».

                            Соавторами исследования являются бывший научный сотрудник с докторской степенью Пажамалай Анбарасан, аспирант Закари С. Баер, постдоки Санил Шрикумар и Элад Гросс, а также химик BP Джозеф Б. Биндер.

                            ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

                            Разделение дистилляцией — Scientific American

                            Ключевые концепции
                            Физика
                            Температура кипения
                            Конденсат
                            Дистилляция

                            Введение
                            Вам нравится приготовления пищи? Если вы помогали на кухне дома или наблюдали, как кто-то другой готовит, вы, вероятно, видели много подогретых жидкостей, таких как вода, молоко и суп.Вы заметили, что когда жидкость закипает, выделяется много пара? Задумывались ли вы когда-нибудь, из чего состоит пар и что происходит со всеми веществами, такими как сахар или соль, растворенными в растворе, который вы кипятите? Они тоже выкипают или остаются в растворе? В этом упражнении вы создадите устройство для дистилляции, которое позволит вам попробовать пар, который образуется при кипячении фруктового сока! Как вы думаете, это будет на вкус?

                            Фон
                            Что нужно для решения? Во-первых, вам нужна вода или растворитель, а затем вам нужно растворить такое вещество, как сахар или соль, также называемое растворенным веществом. Растворитель и растворенное вещество становятся одним раствором — гомогенной смесью, в которой вы больше не видите разницы между ними. Большинство растворов на самом деле содержат много разных веществ. Но что, если вы хотите отделить отдельные компоненты от жидкого раствора? Существует процесс, называемый дистилляцией, который позволяет вам сделать именно это. Он используется во многих реальных приложениях, таких как изготовление лекарств, парфюмерии или некоторых продуктов питания.

                            Дистилляция использует разницу в летучести компонентов раствора, а это означает, что каждое соединение имеет разную температуру кипения и начинает испаряться (переходить из жидкого состояния в газообразное) при разной температуре.При перегонке вы нагреваете раствор так, чтобы компонент с самой низкой температурой кипения испарялся первым, оставляя другие растворенные вещества позади. Испаренный компонент в газообразном состоянии затем может быть собран в другой контейнер путем конденсации и называется дистиллятом. Это означает, что пар охлаждается, и газ снова становится жидкостью. Изменяя температуру дистилляции, вы можете разделить множество различных веществ в зависимости от их летучести. Однако если у вас есть раствор, содержащий нелетучее растворенное вещество, это соединение всегда останется в растворе.

                            Зная теперь, как работает перегонка, как вы думаете, что произойдет с фруктовым соком, если его нагреть? Сделайте свое собственное устройство для дистилляции и узнайте!

                            Материалы

                            • Плита (При использовании плиты всегда используйте помощника взрослого.)
                            • Глубокая кастрюля с наклонной крышкой (прозрачная крышка, если она у вас есть)
                            • Керамическая чаша
                            • Маленькая керамическая тарелка или керамическая кофейная чашка
                            • Три стакана
                            • Яблочный или клюквенный сок (около пол-литра)
                            • Мерный стакан для жидкости
                            • Лед
                            • Рукавицы для запекания
                            • Бульон (по желанию)
                            • Кухонный термометр (дополнительно)
                            • Уксус (по желанию)

                            Подготовка

                            • Убедитесь, что все ваши материалы чистые. (Тогда вы сможете попробовать сок и продукты в конце мероприятия.)
                            • Поместите маленькую керамическую тарелку в центр кастрюли. В зависимости от того, насколько глубока ваша кастрюля, вы также можете поставить в ее центр керамическую кофейную чашку.
                            • Поставьте керамическую миску поверх маленькой тарелки или кофейной чашки.
                            • Поставьте кастрюлю на плиту.

                            Процедура

                            • Отмерьте и налейте одну чашку фруктового сока в стакан.Посмотрите на его цвет и сделайте небольшой глоток, чтобы попробовать его. Это очень сладко? Как выглядит цвет; это очень интенсивно? Оставьте остаток сока для сравнения в конце.
                            • Налейте на дно кастрюли дополнительную чашку цветного фруктового сока. (Ваша маленькая керамическая тарелка или керамическая кофейная чашка теперь будут стоять в соке.)
                            • Вместе со своим взрослым помощником включите плиту на средний огонь и доведите сок до кипения. Оно должно быть умеренным, а не закипающим. Вы видите пар, который образуется, когда ваш сок начинает кипеть?
                            • Теперь поместите крышку на кастрюлю вверх дном так, чтобы кончик наклонной крышки был обращен к миске, помещенной в кастрюлю. Что происходит с паром, когда вы закрываете крышку?
                            • Положите лед в крышку кастрюли. Возможно, вам придется заменять лед в крышке по мере его таяния. Если вы используете прозрачную крышку, видите ли вы капли, образующиеся на обращенной внутрь стороне крышки? Откуда они берутся и что происходит с каплями?
                            • Дайте соку покипеть в течение 20–30 минут, следя за тем, чтобы на дне кастрюли всегда оставалось немного сока. Видите ли вы какие-либо изменения в количестве сока внутри горшка?
                            • Через 20–30 минут выключите горелку. Дайте кастрюле остыть в течение нескольких минут.
                            • Наденьте прихватки и осторожно снимите крышку с кастрюли. Что вы заметили в пустой миске, которую поставили под крышку?
                            • Все еще в горячих рукавицах, снимите миску с небольшой керамической тарелки или кофейной чашки и поставьте ее на термостойкую поверхность.
                            • Снимите маленькую тарелку или кофейную чашку. Глядя на остаток сока в кастрюле, больше или меньше осталось сока, чем вы налили?
                            • После того, как он остынет, вылейте оставшийся сок из кастрюли в стакан. Изменился ли сок при кипячении? Что отличается?
                            • Налейте охлажденный дистиллят (конденсированный пар), который теперь представляет собой жидкость внутри маленькой чаши, в стакан. Как выглядит дистиллят?
                            • Теперь возьмите сначала стакан с первоначальным соком и поставьте его рядом с оставшимся соком и дистиллятом.Сравните их внешний вид. Чем они отличаются? Вы ожидали таких результатов? Как вы думаете, почему сок изменился именно так? Сколько фруктового сока осталось по сравнению с тем, что вы налили в кастрюлю?
                            • Дайте жидкости остыть до комнатной температуры. Поскольку в этом эксперименте вы использовали чистую кухонную утварь и съедобный фруктовый сок, сделайте глоток каждого из растворов. Чем отличаются вкусы трех разных жидкостей? Какой из них самый сладкий? Какой наименее сладкий? Каков вкус сконденсированного пара? Как вы думаете, почему есть разница?
                            • Наконец, соедините дистиллят и оставшийся фруктовый сок, влив дистиллят в оставшийся фруктовый сок. Соответствуют ли объемы тому, что вы вложили в начале? Каковы внешний вид и вкус этого раствора по сравнению с исходным фруктовым соком?
                            • Дополнительно: Повторите это действие с соленым раствором, например бульоном, вместо сладкого фруктового сока. Как вы думаете, результаты будут похожими? Что происходит с солью в бульоне, когда вы его кипятите?
                            • Дополнительно: Попробуйте повторить этот эксперимент с бытовым уксусом.Уксус представляет собой смесь примерно от 4 до 6 процентов уксусной кислоты и воды. Можно ли разделить эти две жидкости перегонкой? Каков вкус вашего дистиллята в этом случае?
                            • Extra: Возможно, вы знаете, что температура кипения чистой воды составляет 100 градусов Цельсия (212 градусов по Фаренгейту) при нормальном атмосферном давлении. Добавление растворенного вещества, такого как сахар, соль или другие соединения, в воду изменит точку кипения полученного раствора. Попробуйте нагреть три жидкости (исходный сок, дистиллят и оставшийся сок) и измерьте их температуру кипения с помощью термометра. Они сильно отличаются? Как изменяется температура кипения с увеличением концентрации растворенного вещества?

                            Наблюдения и результаты
                            Соки обычно очень сладкие. Это потому, что фрукты содержат много фруктового сахара, называемого фруктозой. Однако более 80 процентов большинства фруктов состоят из воды, поэтому в основном яблочный или клюквенный сок представляет собой смесь воды и сахара. Как только вы достигнете точки кипения сока, он начнет испаряться, и вы увидите пар, выходящий из кастрюли.Если закрыть кастрюлю крышкой, пар поднимается вверх к крышке, а поскольку крышка намного холоднее пара (особенно после того, как сверху положили лед), пар быстро остывает и конденсируется, превращаясь в жидкость. опять же, что можно увидеть в виде капелек внутри крышки. Эти капельки падают и собираются в миску, которую вы поставили в горшок. Когда сок закипел, вы, вероятно, заметили, что количество воды в миске увеличилось, а количество сока в кастрюле уменьшилось.Это потому, что пар, входивший в состав сока, собирался в отдельную емкость. При объединении дистиллята и оставшегося сока в сумме должно получиться такое же количество сока, которое было у вас в начале.

                            Когда вы сравнили три разных раствора в конце (исходный сок, дистиллят и оставшийся сок), первое, что вы, вероятно, увидели, это то, что цвет оставшегося сока стал намного темнее, а дистиллят вообще не имел цвета и выглядел как чистый вода.И это на самом деле чистая вода; он не должен был быть сладким, когда вы его пробовали, тогда как оставшийся сок должен был быть намного слаще исходного сока. Причина этого в том, что сахар является нелетучим соединением, а это означает, что при кипячении любой сладкой жидкости сахар останется в растворе и не перейдет в газообразное состояние. Однако водная составляющая смеси начинает испаряться примерно при 100°С, в результате чего получается пар, состоящий из чистой воды.Соль также является нелетучим веществом, и если вы повторили действие с бульоном, ваш дистиллят также должен был быть чистой водой. Если вы в конце сравнили температуры кипения всех трех растворов, то могли заметить, что можно повысить температуру кипения воды, добавляя растворенные вещества: чем выше количество растворенных веществ, тем выше будет ее температура кипения.

                            Уксус

                            , с другой стороны, или смесь 4-6 процентов уксусной кислоты и воды, нелегко отделить дистилляцией. Это связано с тем, что температуры кипения воды (100 градусов С) и уксуса (около 100.6 градусов C) и расположены слишком близко друг к другу, чтобы привести к полному разделению обоих компонентов. Вы должны были заметить, что дистиллят по-прежнему имеет вкус уксуса.

                            Еще для изучения
                            Дистилляция, от TutorVista
                            Как работает нефтепереработка, от How Stuff Works
                            Научная деятельность для всех возрастов!, от Science Buddies

                            Это задание было предложено вам в сотрудничестве с Science Buddies

                            Новый процесс производства дизельного топлива, промышленных химикатов из простого сахара

                            Стремительно растущие цены на нефть и природный газ спровоцировали гонку за производство транспортного топлива из растительного сырья вместо нефти. И биодизель, и бензин, содержащий этанол, начинают оказывать влияние на рынок.

                            Но рост цен на нефть также вызвал гонку за поиском новых источников химических промежуточных продуктов — соединений, которые являются сырьем для многих современных пластмасс, лекарств и топлива. За кулисами американская промышленность использует миллионы тонн химических промежуточных продуктов, источником которых в основном являются нефть или природный газ.

                            Джеймс Дюмесик, профессор химической и биологической инженерии Университета Висконсин-Мэдисон, сообщает в выпуске журнала Science от 30 июня о лучшем способе получения химического промежуточного соединения под названием HMF (гидроксиметилфурфурол) из фруктозы: фруктового сахара.HMF можно превратить в пластик, добавку к дизельному топливу или даже само дизельное топливо, но он редко используется, потому что его производство дорого.

                            Новый процесс выходит за рамки производства топлива из растений для производства промышленных химикатов из растений. «Попытки понять, как использовать каталитические процессы для производства химикатов и топлива из биомассы, — это растущая область», — говорит Дюмесик, руководивший исследованиями HMF. «Вместо того, чтобы использовать древнюю солнечную энергию, заключенную в ископаемом топливе, мы пытаемся извлечь выгоду из углекислого газа и современной солнечной энергии, которую собирают сельскохозяйственные культуры.”

                            Новый запатентованный метод производства HMF представляет собой баланс между химией, давлением, температурой и конструкцией реактора. После того, как катализатор превращает фруктозу в HMF, HMF перемещается в растворитель, который переносит его в отдельное место, где HMF извлекается. Хотя другие исследователи ранее преобразовывали фруктозу в HMF, исследовательская группа Dumesic внесла ряд улучшений, которые увеличили выход HMF, а также облегчили извлечение HMF.

                            После изготовления HMF довольно легко превратить в пластик или дизельное топливо.Хотя биодизель, который в последнее время попал в заголовки газет, производится из жира (даже из использованного растительного масла), а не из сахара, оба процесса имеют схожие экологические и экономические преимущества, говорит Думесик. Вместо того, чтобы покупать нефть за границей, сырье будет поступать из местного сельского хозяйства. Расширение источников сырья также должно снизить цены на нефть.

                            Использование биомассы — отходов сельского и лесного хозяйства — также может снизить глобальное потепление, вызванное выбросами углекислого газа из ископаемого топлива, говорит аспирант Юрий Роман-Лешков, первый автор научной статьи.«Преимущество использования биомассы в качестве замены всех этих нефтепродуктов заключается в том, что она не вызывает парниковых газов», — говорит он. Хотя сжигание и иное использование ископаемого топлива перемещает огромное количество углерода с Земли в атмосферу, углерод, высвобождаемый при сгорании биотоплива, в конечном итоге поглощается растущими растениями. «Этот процесс действительно важен, — говорит Роман-Лешков, — потому что он не выбрасывает в атмосферу дополнительный углекислый газ».

                            Джубен Н. Чхеда, второй аспирант, работающий над проектом HMF, рассматривает эту работу как часть взрыва интереса к поиску альтернативных источников химикатов на основе нефти. «Нам необходимо разработать новые технологические процессы, и HMF — это строительный блок, который может заменить такие продукты, как ПЭТ — пластик, используемый для бутылок из-под газировки», — отмечает он. «Это первый шаг для ряда химических продуктов, которые можно получить из ресурсов биомассы, заменив те, которые поступают из нефтяных источников».

                            Dumesic также изучает способы преобразования других сахаров и еще более сложных углеводов в HMF и другие химические промежуточные продукты. «Солнечная энергия и биология создали запасы углеводородов в ископаемом топливе, которое мы так долго использовали.Наш интерес к биомассе обусловлен верой в то, что если мы научимся использовать солнечную энергию и биологию по-другому, мы сможем решить проблемы, связанные с ценой, поставками и воздействием промышленной деятельности на окружающую среду».

                            Исследования Dumesic по экологически безопасным источникам обычных химических веществ поддерживаются Министерством сельского хозяйства США и Национальным научным фондом.

                            Presidential Green Chemistry Challenge: Премия малого бизнеса 2009 г.

                            Virent Energy Systems, Inc.

                             

                            BioForming ® Процесс: каталитическая конверсия растительных сахаров в жидкое углеводородное топливо

                             

                            Инновации и преимущества: Процесс BioForming ® компании Virent представляет собой каталитический метод на водной основе для производства бензина, дизельного топлива или топлива для реактивных двигателей из сахара, крахмала или целлюлозы растений, который требует небольшого количества внешней энергии, кроме биомассы растений. . Этот процесс является гибким и может быть изменен для получения различных видов топлива в зависимости от текущих рыночных условий.Он может экономически конкурировать с текущими ценами на традиционно производимое нефтяное топливо. Использование растений в качестве возобновляемого ресурса помогает снизить зависимость от ископаемого топлива.

                            Краткое изложение технологии : Вирент открыл и разрабатывает инновационный зеленый синтетический способ преобразования растительных сахаров в обычное углеводородное топливо и химикаты. Каталитический процесс BioForming ® компании Virent сочетает в себе запатентованную технологию риформинга в водной фазе (APR) с известными технологиями переработки нефти для получения того же диапазона молекул углеводородов, которые в настоящее время перерабатываются из нефти.Сначала водорастворимые углеводы подвергаются каталитической гидроочистке. Затем в процессе APR полученные сахарные спирты реагируют с водой на запатентованном гетерогенном металлическом катализаторе с образованием водорода и химических промежуточных соединений. Наконец, обработка одним из нескольких каталитических способов превращает эти химические вещества в компоненты бензина, дизельного топлива или реактивного топлива. Эта технология также производит алкановые топливные газы и другие химические вещества. Платформа Virent BioForming ® может производить несколько конечных продуктов из одного исходного сырья и позволяет оптимизировать продукт в соответствии с текущими рыночными условиями.

                            По сравнению с другими системами преобразования биомассы, технология Virent расширяет спектр жизнеспособного сырья, обеспечивает больше полезной энергии и производит топливо, совместимое с современной инфраструктурой. В процессе используется либо пищевая, либо непищевая биомасса; он масштабируется в соответствии с поставками сырья. В отличие от ферментации, надежный процесс Virent может использовать смешанные потоки сахара, полисахариды и сахара C 5 и C 6 , полученные из целлюлозной биомассы. Используя больше растительной массы на акр, этот процесс обеспечивает более эффективное использование земли и более высокую ценность для фермеров.Технология требует небольшого количества энергии и может быть полностью возобновляемой. Энергоемкое биотопливо Virent естественным образом отделяется от воды; в результате процесс исключает энергоемкую перегонку для разделения и сбора биотоплива, требуемую другими технологиями. Углеводородное биотопливо, полученное в процессе Вирента, взаимозаменяемо с нефтепродуктами, соответствуя им по составу, функциональности и характеристикам; они работают в современных двигателях, топливных насосах и трубопроводах. Предварительный анализ показывает, что процесс BioForming ® компании Virent может экономически конкурировать с топливом и химикатами на нефтяной основе при цене на сырую нефть 60 долларов за баррель.

                            Процесс BioForming ® может ускорить использование непищевых растительных сахаров для замены нефти в качестве источника энергии, тем самым снижая зависимость от ископаемых углеводородов и сводя к минимуму воздействие на глобальные запасы воды и продуктов питания. Топливо, полученное в результате этого процесса, может иметь преимущество в стоимости на 20–30 процентов на БТЕ по сравнению с этанолом. Платформа BioForming ® близка к коммерциализации. В 2008 году компания Virent произвела более 40 литров биобензина для испытаний двигателей и начала изготовление своей первой пилотной установки мощностью 10 000 галлонов в год для производства биобензина.


                            Подкаст о технологии:

                            Подкаст премии малого бизнеса 2009 г. (mp3) (MP3, 1,1 МБ, 1:08 мин.)

                            Прочтите текст этого подкаста.


                            Прочие ресурсы:


                            Примечание: Отказ от ответственности

                            Вернуться к списку всех победителей, включая победителей 2009 года.

                            Водный этанол – обзор

                            3.04.4.1.1 Извлечение сахара

                            Большая часть сахарного тростника во всем мире имеет содержание сахарозы и клетчатки в стеблях в среднем в диапазоне 12–14 % и 13–15 % соответственно, а сахара находятся внутри растительных клеток.Для облегчения извлечения сока с сахарами эти ячейки должны быть открыты до процесса извлечения, что осуществляется в секции приема и приготовления тростника. Основным оборудованием в этой секции являются кормовой стол, ножи и измельчитель. Подающий стол имеет функцию передачи тростникового груза с грузовиков на конвейеры, которые будут транспортировать тростник к подготовительному оборудованию и очищать его в процессе (в случае уборки цельного тростника). Промывка тростника, когда она выполняется, происходит в верхней части кормового стола, и она постепенно прекращается из-за увеличения доли заготовки тростника, которая не позволяет мыть из-за высоких потерь сахара в процессе.Тем не менее, существуют различные конструкции кормовых столов, которые предусматривают удаление значительной части минеральных примесей из тростника, улучшая работу установки. За кормовым столом находится оборудование для подготовки тростника: один или два набора ножей (вращающийся вал с рядами фиксированных или шарнирных лезвий, который измельчает тростник в случае уборки цельного тростника и поддерживает слой тростника на одинаковой высоте). на конвейере) и измельчитель, который измельчает тростник, открывая ячейки и обнажая сахара для облегчения экстракции; минимальные значения процента открытия клеток (называемого индексом подготовки) составляют 82% и 92%, когда процесс экстракции представляет собой измельчение или диффузию, соответственно.Приблизительно 25% заводской потребности в электроэнергии приходится на подготовительное оборудование [9]; следовательно, это очень важный пункт в энергетическом балансе. Процесс экстракции сахара из сахарного тростника может осуществляться путем измельчения или диффузии. Измельчение гораздо шире используется во всем мире, а диффузия используется почти на всех мельницах в Южной Африке и становится популярной в проектах мельниц, построенных за последние 5 лет в Бразилии. Что касается эффективности экстракции, обе технологии имеют схожие характеристики с небольшим преимуществом перед диффузорами; отжатый сок чище (меньше взвешенных веществ), с более высоким процентным содержанием инвертированных сахаров и более высокой окраской в ​​случае диффузоров, что вполне достаточно для производства этанола, но может быть проблемой для производства белого сахара.Инвестиционные затраты на диффузор, включая мельницы для обезвоживания, составляют примерно две трети от стоимости, необходимой для тандема помола той же производительности в условиях Южной Африки [9], в то время как в Бразилии стоимость обеих технологий практически одинакова. за счет использования в этой стране более легких мельниц с более высокой производительностью. Затраты на техническое обслуживание диффузоров и вспомогательного оборудования значительно ниже в обеих странах (около 40 % фрезерного случая), как и затраты на оплату труда.С точки зрения энергоэффективности преимущество также принадлежит диффузору, поскольку он потребляет меньше энергии для работы, чем сопоставимый фрезерный тандем; поэтому эту дополнительную мощность можно сделать доступной для экспорта. При всех этих преимуществах диффузоров по сравнению с мельницами в качестве оборудования для извлечения сока из сахарного тростника трудно объяснить, почему измельчение является доминирующей технологией во всем мире. В Бразилии, стороннике традиционного фрезерования, использование диффузора в новых проектах с нуля в период с 2004 по 2007 год оценивается примерно в четверти случаев.Следует уделить должное внимание выбору технологии и конструкции системы экстракции сока на заводах по производству сахарного тростника, поскольку это область со вторыми по величине потерями сахара и наибольшими энергозатратами на предприятии, что делает эту систему ключевым компонентом в эффективность восстановления завода и процесс оптимизации энергопотребления. Учитывая, что помол является самой распространенной технологией в мире и в Бразилии (где производится более 90% этанола из сахарного тростника в мире), здесь он будет описан лишь кратко.Мельничный тандем состоит из четырех-семи мельничных агрегатов, оптимальное количество которых является компромиссом между инвестиционными/эксплуатационными затратами и эффективностью извлечения сахара. Когда подготовленный тростник выходит из измельчителя, он транспортируется конвейером к желобу Доннелли, который выполняет двойную функцию: создает давление на тростник, подаваемый в мельницу, тем самым увеличивая поток тростника и обеспечивая столб подготовленного тростника, который будет использоваться измельчителем. система управления для регулировки скорости подающего конвейера и вращения прокатных валков.Сама мельница имеет три дробящих валка и верхний валок, называемый прижимным валком, с функцией проталкивания тростника в канал между размалывающими валками (южноафриканские и австралийские мельницы обычно имеют пять валков или более). Подготовленный тростник, проходящий через первую мельницу, имеет отношение сока к волокну, уменьшенное примерно с 7 до 2–2,5, что очень затрудняет задачу второй мельницы по извлечению большего количества сока; Решение этой проблемы состоит в том, чтобы пропитать тростник соком, выходящим из второй мельницы, в процессе, называемом впитыванием, который состоит из впрыскивания воды в тростник между двумя последними мельницами в тандеме, а затем впрыскивания сока из одной мельницы в вход в мельницу выше по течению; количество воды, используемой для пропитки, составляет от 30 до 40% от веса тростника, учитывая, что большее количество воды увеличивает как эффективность экстракции, так и потребление технологического пара.Максимальная эффективность извлечения на бразильских мельницах находится в диапазоне 97,0–97,5%, но в среднем составляет около 96%, что делает эту систему вторым по величине источником потерь сахара на пути переработки тростника. Приводы мельницы обычно представляют собой паровые турбины с низким КПД с механической системой снижения скорости, позволяющей довести нормальную скорость вращения турбины на 4000 об/мин до примерно 7 об/мин, вращения мельницы; потребляемая мощность, включая систему подготовки тростника, находится в диапазоне 16–18 кВтч 90 269 -1 90 270 тонн измельченного тростника, что составляет около 60 % от общего энергопотребления завода. Сегодня наблюдается тенденция замены приводов паровых турбин высокоэффективными электродвигателями/инверторами или электродвигателями с гидравлическими преобразователями крутящего момента; в результате значительно увеличивается способность генерировать избыточную электроэнергию для продажи в национальную сеть. Из мельничного тандема выходят два потока: отжатый сок с сахарами и жмых. Сок содержит различные типы растворенных и нерастворенных твердых веществ (песок, глина и багацилло), коллоидные примеси и микроорганизмы, которые могут отрицательно сказаться на выходе и устойчивости ферментации, что делает необходимым их удаление.Обычно используемая обработка сока [13] заключается в пропускании сока через серию сит с уменьшающимся размером отверстий для удаления крупных примесей с последующей химической обработкой и осветлителем (отстойником). Первый этап просеивания уже интегрирован с тандемом измельчения, обычно с использованием неподвижного сита (подушка-подушка) или вращающегося сита, а в конце последовательности просеивания иногда используется гидроциклон для улучшения удаления песка и глины. Химическая обработка представляет собой последовательность операций, начиная с добавления известкового молока (Ca(OH) 2 ), доводя рН до 6.8–7.2 для уменьшения образования органических кислот и разложения сахарозы, а также для образования солей кальция, улучшающих отделение примесей от сока на следующих стадиях. Сок нагревают до 105–110 °С, дегазируют в расширительном баке и направляют в осветлитель с предварительным добавлением полимеров для облегчения коагуляции и флокуляции коллоидов и несахаристого белка и осаждения хлопьев. Высокая температура способствует дегазации, коагуляции коллоидов и оседанию хлопьев за счет снижения вязкости сока и подавления деятельности микроорганизмов.Осветленный сок удаляется из верхней части осветлителя, а шлам, содержащий примеси и некоторые сахара, откачивается снизу и направляется на вакуумно-роторный фильтр для извлечения сахара; багацилло (мелкие частицы багассы) добавляют в буровой раствор в качестве фильтрующей добавки, и большая часть бурового раствора удаляется с помощью вакуума, превращаясь в так называемый отфильтрованный сок. Фильтрованный сок можно смешивать либо с осветленным соком, либо, что предпочтительнее, с смешанным соком с мельниц. Осветленный сок подвергается процессу, называемому высокотемпературной кратковременной (HTST) стерилизацией, для уничтожения микроорганизмов, а затем подвергается немедленному регенеративному охлаждению смешанным соком до температуры около 60 °C и окончательному охлаждению до 32 °C. 14].Эта система стерилизации сока, а также оборудование и трубопроводы между ней и ликеро-водочным заводом должны быть спроектированы и построены в соответствии со стандартами санитарных систем, избегая зон застоя потока и байпасов, способствующих росту популяций микроорганизмов и повторному загрязнению. После этого сок готов к этапу концентрирования в испарителях, чтобы отрегулировать показатель Брикса (концентрация растворимых сухих веществ) в диапазоне 17–22%, в зависимости от желаемой конечной концентрации этанола в вине.

                            Процесс ферментации является критической фазой производства этанола на заводе, где необходим тщательный контроль микробиологии процесса и имеют место самые высокие потери эффективности. Наиболее широко используемым процессом в Бразилии является процесс Мелле-Буано с рециркуляцией клеток либо периодического типа (80%), либо многоступенчатого типа непрерывной ферментации (20%). Преимущество последнего состоит в более низких инвестиционных затратах, более легкой автоматизации, низком энергопотреблении и меньшем потреблении энергии, но он более восприимчив к инфекциям, которые трудно контролировать.При ферментации сахароза сначала гидролизуется дрожжами до глюкозы и фруктозы, а затем ферментируется в соответствии с упрощенными уравнениями Гей-Люссака [13], указанными в последовательности

                            [1]C12h32O11+h3O→C6h22O6+C6h22O6

                            [2]C6h22O6. →2C2H5OH+2CO2+23,5 ккал

                            Следовательно, стехиометрическая конверсия инвертированных сахаров в этанол и CO 2 составляет 0,511 и 0,489 кг соответственно на килограмм сахаров. Однако, согласно Пастеру [9], максимально возможный выход равен 94.5% от теоретического значения, что означает 0,483 кг этанола кг -1 инвертированных сахаров, за счет образования других продуктов, помимо этанола и CO 2 , таких как глицерин, органические кислоты и в основном дрожжи. В реальных условиях брожения неблагоприятные условия, такие как высокое осмотическое давление и инфекции, могут увеличить количество этих соединений, и необходимость поддерживать разумное время брожения приведет к тому, что некоторое количество несброженных сахаров в конечном вине, таким образом, снизит выход брожения до значения ниже 91% в большинстве случаев.Тепло, выделяющееся в процессе ферментации, необходимо отводить от ферментеров, а температуру поддерживать в диапазоне 30–34 °C.

                            Перед ферментацией происходит подготовка затора с доведением показателя Брикса до значения, совместимого с желаемой конечной концентрацией этанола в вине, которая не должна быть ниже 8%, чтобы сохранить потребление энергии и производство барды в разумных пределах. В случае большинства бразильских заводов комбинированное производство сахара и этанола позволяет легко выполнить эту корректировку посредством сочетания смешанного сока с заводов с готовой патокой с сахарного завода.Для независимого спиртзавода такая регулировка потребует концентрирования сока с помощью испарителей, требующих использования технологического пара. Ферментация с рециркуляцией клеток в Бразилии позволяет использовать более высокие концентрации дрожжей, около 12% по объему, что приводит к сокращению времени ферментации и снижает потребление сахаров для размножения дрожжей перед каждой партией, увеличивая выход ферментации. В конце каждой партии дрожжи отделяют от вина с помощью высокоскоростных центрифуг и подвергают обработке серной кислотой при рН около 2.5 в течение пары часов, прежде чем вернуться в чан для нового цикла. Время ферментации в Бразилии составляет от 6 до 12 часов.

                            В других странах рециркуляция клеток обычно не используется, что требует ферментера для размножения дрожжей в аэробной ферментации с обдувом воздухом, которая потребляет сахара и увеличивает продолжительность цикла ферментации; концентрация дрожжей также ниже, чем в случае с Бразилией, и все это приводит к гораздо более длительному циклу ферментации, обычно превышающему 20 часов. Инфекции являются наиболее серьезными проблемами при ферментации, поэтому следует стремиться к устойчивости; стерильность затора, температурный контроль, низкое осмотическое давление, здоровые дрожжи, адекватная концентрация спирта и постоянный мониторинг микробиологии — вот некоторые из важных вещей, о которых следует позаботиться.

                            Что касается микроорганизмов, которые можно использовать в процессе ферментации (дрожжи, плесень и бактерии), то в настоящее время во всем мире существует большое количество стандартизированных коллекций культур, биохимия и таксономия которых хорошо известны. Основную информацию по этому вопросу можно получить во Всемирной федерации коллекций культур (WFCC), где существует ряд коллекций, предназначенных главным образом для предоставления культур и услуг для научных и промышленных целей. Другие региональные коллекции культур доступны на уровне страны, например, MIRCEN, ECCO и ATCC, среди прочих.Во всем мире, и особенно в Бразилии, вид Saccharomyces cerevisiae чаще всего используется для преобразования основных сахаров, присутствующих в сахаросодержащем сырье (сахароза, фруктоза и глюкоза), в этанол.

                            Отделение этанола от воды осуществляется путем перегонки, и если конечным продуктом является безводный этанол, требуется две стадии. Первый, отпарка и ректификация, дает водный этанол с концентрацией 96,5% по объему, представляющий собой азеотропную смесь этанол/вода, не допускающую дальнейшего разделения простой перегонкой. В процессе дистилляции в Бразилии используются пять колонн, сгруппированных в две группы: одна, называемая отпарной колонной, концентрирует этанол от 8–10% до 40–50% и удаляет большую часть летучих загрязнителей, а вторая, ректификационная колонна, доводит концентрацию этанола до 96,5% по объему, это называется водным топливным этанолом и используется в чистом этаноле или автомобильных двигателях с гибким топливом. Для смешивания с бензином необходим безводный этанол.

                            Для удаления дополнительной воды для производства безводного этанола с максимальным содержанием воды 0.3% по объему, водный этанол подвергается так называемому процессу дегидратации, который обычно относится к одному из трех типов:

                            Азеотропная перегонка: к водному этанолу добавляется растворитель, обычно циклогексан, с образованием тройной азеотропной смеси. этанол/вода/циклогексан с температурой кипения ниже, чем у безводного этанола. Эта смесь поступает в ректификационную колонну, где снизу удаляют этанол с концентрацией 99,7%, а оставшуюся азеотропную смесь удаляют с верха колонны, конденсируют и направляют в отстойник, где образуются две фазы; верхняя фаза, богатая циклогексаном, возвращается в колонну дегидратации, а нижняя, содержащая этанол и воду, направляется в колонну извлечения растворителя. В колонне регенерации растворителя смесь перегоняется для разделения циклогексана в верхней части, который возвращается в колонну дегидратации, и смеси вода/этанол, которая направляется в ректификационную колонну.

                            Молекулярные сита: слой шариков цеолита является дегидратирующим агентом. Этанол в парообразном виде, выходящий из ректификационной колонны, нагревается больше и направляется через слой цеолита, где вода удерживается в порах шариков. После насыщения слоя водой проводят регенерацию с использованием паров этанола для удаления воды из слоя и смесь этанол/водяной пар направляют на дистилляцию.

                            Экстракция растворителем: Моноэтиленгликоль имеет сильное сродство к воде, его добавляют в верхнюю часть дегидратационной колонны, и он отделяет водяной пар, оставляя безводный этанол для конденсации в верхней части колонны и растворителя/ водную смесь удаляют снизу [9] и направляют в разделительную колонну, а растворитель возвращают в цикл.

                            Перегонка и дегидратация являются крупнейшими потребителями технологического пара на заводе по производству этанола; в случае сахарного тростника, где багасса обеспечивает все потребности в энергии, это не имеет большого значения, а потребление пара составляет порядка 4.5–5,0 кг пара (при 2,5 бар, насыщенный) на литр безводного этанола, в то время как заводы по производству этанола из зерна и свеклы, использующие внешнее топливо, намного более эффективны, а потребление пара обычно ниже 2 кг пара л -1 безводного этанола. Технология более эффективной дистилляции и дегидратации доступна и отработана, но требуемые более высокие инвестиции должны быть оправданы экономическими причинами, как в случае использования внешнего топлива, но они не вызвали большого интереса в Бразилии, где свободная багасса является единственным топливом. .Эта ситуация может измениться в будущем, когда станут привлекательными более экономичные способы использования багассы, такие как производство избыточной энергии и производство целлюлозного этанола; чем дистилляция под давлением и осушка на молекулярном сите станут предпочтительными технологиями для этанола из сахарного тростника.

                            Энергетика перегонных заводов по производству этанола из сахарного тростника является очень важным сектором из-за требуемых крупных инвестиций и растущей важности производства избыточной электроэнергии в некоторых странах, включая Бразилию.При средних условиях первичная энергия сахарного тростника делится на одну треть на сахара и две трети на волокна; последние поровну разделены между волокнами в стебле и в листьях. Сегодня сахар используется для производства этанола, волокна стеблей неэффективно используются для производства всей энергии, необходимой для переработки сахарного тростника, а листья полностью выбрасываются, либо сжигаются перед сбором урожая, либо оставляются в поле для разложения. В некоторых странах наблюдается медленная, но устойчивая тенденция к улучшению преобразования первичной энергии в полезные продукты, особенно в области энергетики (топливо второго поколения и электроэнергия), но в рамках концепции биопереработки диапазон вариантов достаточно широк.Заводы по производству сахарного тростника, будь то для производства этанола, сахара или этанола/сахара, за последние три десятилетия эволюционировали, главным образом, чтобы стать самодостаточными в плане энергии, а это означает, что для работы промышленного предприятия не потребуется ни внешнее топливо, ни внешнее электричество. Работа в режиме когенерации, при котором пар высокого давления, поступающий из котлов, работающих на жоме, используется в паровых турбинах с противодавлением для привода электрогенераторов и основного оборудования завода (ножи, измельчители, мельницы, вентиляторы котлов и большие насосы). а выхлопной пар турбины около 2.Давление 5 бар обеспечивает тепловую энергию, необходимую для концентрирования и нагрева сока, дистилляции, обезвоживания и других целей. Равновесная точка, при которой потребляется почти весь жмых и удовлетворяются все потребности в тепловой и электромеханической энергии, была достигнута при паре высокого давления 22 бар/300 °C и потреблении технологического пара около 500 кг (т 90 269 −1 90 270) переработанного сахарного тростника; это сегодня самая популярная ситуация во всем мире. По-прежнему работая в режиме когенерации, избыточная электроэнергия может быть произведена для продажи путем увеличения условий давления/температуры котла до таких значений, как 42 бар/400 °C, 65 бар/480 °C и 100 бар/520 °C с увеличением количества. избыточной мощности и увеличения инвестиционных затрат; местная цена продажи электроэнергии и стоимость оборудования будут определять лучший экономический или стратегический выбор.На этом этапе также важно учитывать энергопотребление, связанное с заводом, и технологии для снижения внутреннего энергопотребления, такие как приводы электрических мельниц, многократная дистилляция, дегидратация на молекулярном сите, мембранное разделение, конденсационные/экстракционные турбогенераторы и, наконец, не в последнюю очередь восстановление и использование ботвы и листьев сахарного тростника, оставшихся на полях после уборки несгоревшего тростника. Несколько стран движутся в этом направлении, в частности Бразилия, Индия, Маврикий, остров Реюньон и Гватемала из-за специфических местных условий.

                            Основными стоками завода по производству этанола из сахарного тростника являются барда и фильтрационный осадок. Первый представляет собой жидкий остаток от перегонки, а второй — отходы ротационных вакуум-фильтров осветляющего шлама. Барда производится в больших количествах, от 10 до 15 л на литр этанола, и в основном утилизируется на тростниковых полях с обработкой или без обработки, так как она богата органическими веществами и калием, что частично вытесняет использование некоторых химических удобрений. Осадок на фильтре также богат органическими веществами, фосфором и другими питательными веществами и используется, независимо от того, компостируется ли он с багасой и золой котлов или без него, при посадке тростника, а также заменяет некоторое количество химических удобрений.Остаточные воды обычно смешивают с бардой для утилизации в полевых условиях. Основные параметры для четырех случаев сырья на основе сахара для производства этанола показаны в таблице 1 и будут обсуждаться в разделе 3.04.5.

                            Таблица 1. Средние основные параметры сырья на основе сахара на основе сахара

                            Параметры единиц Sugrghume Sarghum Сахарная свекла Меласса
                            Выход из сырья тонн HA -1 9040 65. 0 50 50 Na
                            L HA -1 4 4550 3000 50607 260
                            0
                            $ 10269 -1 (0.17-0.33) Na 0,42-0.55 Na
                            Ссылки Na [12] A ; [15] [5]; [16] [15]; [12] [9]

                            NA, Недоступно или неприменимо.

                            Этанол на основе сахара – обзор

                            Ископаемые источники энергии в виде нефти, угля и газа являются основным источником энергии и составляют более 80% мирового потребления энергии; транспортировка, в частности, на 95 % зависит от нефти (Henrique et al., 2014). Тем не менее, ископаемые виды энергии являются исчерпаемым источником, который может не удовлетворить растущий мировой спрос на бензин в будущем. Более того, сжигание ископаемого топлива увеличивает уровень CO 2 в атмосфере, парникового газа, который, по наблюдениям, является основной причиной глобального потепления (Naik et al. , 2010). В этом сценарии развитие процессов производства топлива из возобновляемых ресурсов является одним из наиболее перспективных способов замены ископаемого топлива и сокращения выбросов парниковых газов. Биологическое производство спиртов представляет большой интерес для возобновляемых растворителей и жидкого топлива для транспортных средств. Биоспирты, такие как биоэтанол, биобутанол (или биобензин) и пропанол, представляют собой широкий спектр жидкого транспортного топлива, получаемого путем ферментации биомассы под действием аэробных и анаэробных микроорганизмов.Этанол использовался людьми в алкогольных напитках с древних времен; на сегодняшний день это наиболее часто производимое спиртовое топливо, которое можно заливать в бензиновые двигатели в качестве заменителя бензина или смешивать с бензином в любом соотношении. Методы производства биоэтанола зависят от используемой биомассы и включают предварительную обработку сырья, ферментативное расщепление, ферментацию сахара и восстановление продуктов. Даже если биоэтанол производится в массовом масштабе, и только в Соединенных Штатах (США) потребляется почти 50 миллиардов литров (Rowbotham et al., 2014), биобутанол производится из того же сырья, что и этанол, и превосходит его в качестве топлива. Он имеет дополнительную ценность как растворитель и химическое сырье. Фактически, бутанол можно использовать в качестве биотоплива или топливной добавки с рядом преимуществ перед этанолом, поскольку он имеет характеристики, аналогичные бензину (Atsumi et al., 2008; Dürre, 2011). Обладает большей энергоемкостью, более высокой теплотворной способностью, низкой температурой замерзания, малой летучестью, смешиваемостью при любых концентрациях с бензином и дизельным топливом; его можно использовать в более высоких пропорциях смеси, и он более совместим с существующей транспортной инфраструктурой, поскольку он гораздо менее агрессивен, чем этанол (Bankar et al., 2013). Кроме того, низкая растворимость бутанола в воде снижает риск загрязнения грунтовых вод (Black et al. , 2010). Наконец, пропанол обычно используется в качестве растворителя, хотя он редко используется в качестве спиртового топлива (биопропанол). Биопропанол получают из бактерий Escherichia coli путем ферментации углеводов. В частности, сахара, присутствующие в биомассе, превращаются в изопропанол или изопропиловый спирт, который представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость с запахом ацетона. Полученный спирт затем удаляют с помощью метода отгонки газа (Ibrahim, 2013).

                            14.2.1 Производство биоэтанола

                            Этанол (спирт этиловый [CH 3 CH 2 OH]) — бесцветная жидкость, растворимая в воде, эфире, ацетоне и других органических растворителях, с молекулярной массой равной до 46,7 г/моль. Этанол можно производить как химическим путем из нефтехимических источников путем гидратации этилена, так и биологическим путем из растительной биомассы путем ферментации сахара, также известного как биоэтанол. Основные преимущества биоэтанола заключаются в том, что биомасса может быть обновлена ​​и потенциально может обеспечить устойчивое снабжение топливом в течение длительного периода (Ibrahim, 2013). Сегодня биоэтанол представляет собой один из наиболее перспективных заменителей бензина на нефтяной основе. Он считается более экологичным, чем топливо на основе нефти, и может защитить окружающую среду от загрязнения (Ibrahim, 2013).

                            Процесс производства биоэтанола зависит от исходного сырья; он основан на технологиях, которые идут от простого преобразования сахаров путем ферментации до многоступенчатого преобразования лигноцеллюлозной биомассы в этанол (рис. 14.1).

                            Рис 14.1. Упрощенная технологическая схема производства топливного этанола.

                            Производство биоэтанола традиционными способами или биоэтанола первого поколения основано на богатом сахарозой сырье и крахмалистых материалах. Заводы по производству этанола на основе сахара хранят энергию в виде простых сахаров, которые могут ферментироваться непосредственно бактериями или дрожжами. В этом случае конверсия сырья не требуется (Narendranath et al., 2000). Растения используют световую энергию солнца для преобразования воды и углекислого газа в сахара (в виде глюкозы [C 6 H 12 O 6 ]), которые сохраняются в процессе фотосинтеза, упрощенном в уравнении ниже (уравнение[14. 1]):

                            [14.1]6CO2+6h3O→легкийC6h22O6+6O2

                            При спиртовом брожении глюкоза разлагается на этанол и углекислый газ с выделением тепла. Упрощенное уравнение реакции брожения для шестиуглеродного сахара (глюкозы) выглядит следующим образом (уравнение [14.2]):

                            [14.2]C6h22O6→2C2H5OH+6CO2+тепло

                            молекулы в виде амилозы и амилопектина. Амилоза представляет собой линейный полимер d-глюкозильных звеньев, соединенных α-1,4-гликозидными связями, а амилопектин представляет собой сильно разветвленный полимер d-глюкозильных звеньев, соединенных α-1,4 и α-1,6 гликозидными связями.Крахмал нельзя ферментировать напрямую до этанола с помощью обычной технологии ферментации. Требуются предыдущие этапы: превращение сырья в месиво желеобразной консистенции и разложение крахмала посредством процессов разжижения и осахаривания. Желатинизация достигается путем нагревания материала (ранее размолотого) при 60–70°C и добавления воды для разрушения водородных связей внутри и между молекулами крахмала. Этот процесс обеспечивает переход полукристаллического крахмала в аморфное состояние (гель).

                            Разжижение, катализируемое ферментами амилазами, превращает крахмал в растворимые декстрины с более низкой молекулярной массой (Van Der Veen et al., 2006). Осахаривание вызывает гидролиз олигосахаридов до глюкозного сиропа ферментом глюкоамилазой (Akoh et al., 2008).

                            Биоэтанол первого поколения производится исключительно из продовольственных культур, конкурирующих за скудные пахотные земли, пресную воду и удобрения. Из-за растущей критики в отношении устойчивости биоэтанола первого поколения исследования были сосредоточены на разработке усовершенствованного биоэтанола или биоэтанола второго поколения, производимого из лигноцеллюлозной биомассы.Основная структура всей лигноцеллюлозной биомассы состоит из волокон целлюлозы, тесно встроенных в матрицу из гемицеллюлозы и лигнина (Akoh et al., 2008). Преобразование лигноцеллюлозной биомассы в этанол происходит через общие этапы: предварительная обработка, гидролиз целлюлозы и гемицеллюлозы до мономерных сахаров, ферментация и извлечение продукта. Предварительная обработка биомассы была признана необходимым предшествующим процессом для содействия физическому разделению лигноцеллюлозной матрицы на лигнин, гемицеллюлозы и целлюлозу (Hamelinck et al., 2005). Лигноцеллюлоза является самым доступным дешевым сырьем на земле и не конкурирует с продуктами питания человека. Однако для преобразования лигноцеллюлозы в ферментируемые сахара требуются дорогостоящие технологии, что ограничивает крупномасштабное производство биоэтанола второго поколения (Brennan and Owende, 2010).

                            Надежной альтернативой является производство биоэтанола из сточных вод молочной промышленности, который может представлять собой эффективный нерастительный источник возобновляемой энергии или производства биотоплива (Sansonetti et al., 2009).

                            Показана возможность производства биоэтанола путем периодического брожения сыворотки сыра рикотта («скотта»). Эти отходы молочной промышленности характеризуются концентрацией лактозы в диапазоне от 4,5% до 5,0% (вес/вес) и, по сравнению с традиционной (сырой) сывороткой, гораздо более низким содержанием белка (Sansonetti et al. , 2010b). Общая реакция превращения 1 моль лактозы в 4 моль биоэтанола выглядит следующим образом:

                            [14.3]C12h32O11+h3O→4C2H5OH+4CO2

                            , что приводит к теоретическому выходу, равному 0.Превращено 538 г этанола/г лактозы. Микроорганизмом, используемым для проведения процессов ферментации, были дрожжи Kluyveromyces marxianus , которые могли гарантировать в контролируемом реакторе периодического действия выход этанола на уровне 97% от теоретического значения, рассчитанного как:

                            [14.4]пока= gЭтанолформованная глюкозапродуцируется × 1000,538

                            Для оптимизации процесса ферментации использовалась методология поверхности отклика, а для подбора экспериментальных данных применялась эмпирическая полиномиальная модель (Sansonetti et al., 2010а). Была разработана биохимически структурированная модель для получения значимых значений истинного выхода продукта и коэффициентов поддержания, которые необходимы для правильного проектирования процесса ферментации (Sansonetti et al. , 2011). Улучшение процесса может быть достигнуто за счет непрерывного отделения этанола.

                            Таким образом, биоэтанол третьего и четвертого поколений является жизнеспособными альтернативными источниками энергии, лишенными основных недостатков биоэтанола первого и второго поколений (Dragone et al., 2010). Биоэтанол третьего и четвертого поколений обычно производится из биомассы водорослей и генетически оптимизированного сырья соответственно. Это сырье обеспечивает углеводы (в форме глюкозы, крахмала и других полисахаридов) и белки, которые могут использоваться в качестве источников углерода для ферментации бактериями, дрожжами или грибами. В частности, микроводоросли обладают высоким потенциалом для производства биоэтанола. Высокий потенциал обусловлен тем фактом, что 75% сложных углеводов водорослей могут быть гидролизованы в ферментируемые сахара с выходом ферментации этанола, равным 80% теоретического значения (Dragone et al., 2010). Комплексное производство биоэтанола из микроводорослей включает стадию культивирования микроводорослей с последующим отделением клеток от питательной среды; экстракция масла из биомассы микроводорослей; и процесс ферментации с использованием ферментов α-амилазы и глюкоамилазы и дрожжей для ферментации сахаров до этанола (Singh and Dhar, 2011).

                            14.2.1.1 Сырье, содержащее сахарозу

                            Заводы по производству этанола на основе сахара в основном производятся в Бразилии из сахарного тростника, который является наиболее важным продуктом этой страны и одним из основных столпов ее экономики.Другие основные виды сырья, богатого сахаром для производства биоэтанола, включают сладкое сорго, патоку, сахарную свеклу и различные фрукты.

                            14.2.1.2 Лигноцеллюлозная биомасса

                            Лигноцеллюлозная биомасса включает шесть основных групп для производства топливного этанола: сельскохозяйственные отходы (тростниковый жом и солома кукурузы и пшеницы), твердая древесина (осина и тополь), мягкая древесина (сосна и ель), отходы целлюлозы ( побочный продукт производства бумаги), травяная биомасса (люцерна и просо) и твердые бытовые отходы (бытовой мусор и изделия из бумаги) (Sánchez and Cardona, 2008).

                            14.2.1.3 Стоки молочной промышленности

                            Сырная сыворотка и сырная сыворотка или скотта являются наиболее важными стоками молочной промышленности.

                            Мировое производство сырной сыворотки оценивается примерно в 10 8  тонн (т) в год (Sansonetti et al., 2010a). Скотта — это отходы молочной промышленности с высоким уровнем загрязнения, характеризующиеся значениями биохимической и химической потребности в кислороде 50 и 80 г/л соответственно, которые в основном получают в Италии (более 1,0 млн тонн в год) (Sansonetti et al., 2009), но и в других странах Средиземноморья. Это побочный продукт, получаемый после производства сыра рикотта из смеси подсырной сыворотки с кислой сывороткой, свежего молока (до 10%), молочных жиров и кислого раствора солей. Составы сыворотки и скотты сходны по лактозе (4,8–5,0%), но различаются по белку (0,6–0,8 для сыворотки и 0,15–0,22 для скотты), солям и органическим кислотам.

                            14.2.1.4 Микроалгал Биомассы

                            MicroAlgae являются макроскопическими водными эукариотами, содержащими хлорофилл в качестве их первичного фотосинтетического пигмента и принадлежащие к CholoPhyta и Streptophyta (зеленые водоросли), Rhodophyta (красные водоросли), Phaeophyceae (коричневые водоросли ) и Xanthophyceae (желто-зеленые водоросли) (Graham et al. , 2012).

                            Как наука работает над превращением сахарного тростника в топливо для реактивных самолетов

                            Авиационная промышленность производит 2% глобальных антропогенных выбросов углекислого газа. Эта доля может показаться относительно небольшой — в перспективе на производство электроэнергии и отопление домов приходится более 40%, — но авиация — один из самых быстрорастущих источников парниковых газов в мире. По прогнозам, в ближайшие 20 лет спрос на авиаперевозки удвоится.

                            Авиакомпании вынуждены сокращать выбросы углекислого газа и очень уязвимы к колебаниям мировых цен на нефть.Эти проблемы вызвали большой интерес к топливу для реактивных двигателей, полученному из биомассы.

                            Биотопливо для реактивных двигателей может производиться из различных растительных материалов, включая масличные культуры, сахарные культуры, крахмалистые растения и лигноцеллюлозную биомассу, различными химическими и биологическими путями. Однако технологии преобразования нефти в топливо для реактивных двигателей находятся на более продвинутой стадии развития и обеспечивают более высокую энергоэффективность, чем другие источники.

                            Мы проектируем сахарный тростник, самое продуктивное растение в мире, для производства масла, которое можно превратить в топливо для биореактивных двигателей.В недавнем исследовании мы обнаружили, что использование этого модифицированного сахарного тростника может дать более 2500 литров биореактивного топлива на акр земли. Проще говоря, это означает, что Boeing 747 может летать в течение 10 часов на биореактивном топливе, произведенном всего на 54 акрах земли. По сравнению с двумя конкурирующими растительными источниками, соевыми бобами и ятрофой, липидный тростник будет производить примерно в 15 и 13 раз больше реактивного топлива на единицу площади земли соответственно.

                            Создание двойного назначения из сахарного тростника

                            Топливо для биореактивных двигателей, полученное из богатого нефтью сырья, такого как рыжик и водоросли, успешно испытано в экспериментальных полетах.ASTM International, глобальная организация по разработке стандартов, одобрила смесь реактивного топлива на нефтяной основе и гидроочищенного возобновляемого реактивного топлива в соотношении 50:50 для коммерческих и военных полетов.

                            Однако, даже после значительных исследований и усилий по коммерциализации, текущие объемы производства биореактивного топлива очень малы. Производство этих продуктов в больших масштабах потребует дальнейшего совершенствования технологий и обильного недорогого сырья (культур, используемых для производства топлива).

                            Сахарный тростник является хорошо известным источником биотоплива: в Бразилии десятилетиями сбраживают сок сахарного тростника для производства топлива на спиртовой основе.Этанол из сахарного тростника дает на 25% больше энергии, чем количество, используемое в процессе производства, и снижает выбросы парниковых газов на 12% по сравнению с ископаемым топливом.

                            Мы задались вопросом, можем ли мы увеличить производство натурального масла на заводе и использовать масло для производства биодизеля, что обеспечивает еще большую пользу для окружающей среды. Биодизель дает на 93% больше энергии, чем требуется для его производства, и снижает выбросы на 41% по сравнению с ископаемым топливом. Этанол и биодизель могут использоваться в биореактивном топливе, но технологии преобразования растительного масла в реактивное топливо находятся на продвинутой стадии разработки, обеспечивают высокую энергоэффективность и готовы к крупномасштабному внедрению.

                            Вот как домашнее хозяйство может помочь накормить 9,1 миллиарда человек к 2050 году

                            Когда мы впервые предложили выращивать сахарный тростник для производства большего количества масла, некоторые из наших коллег подумали, что мы сошли с ума. Растения сахарного тростника содержат всего 0,05% масла, что слишком мало для преобразования в биодизель. Многие ученые-растения предполагали, что увеличение количества масла до 1% будет токсичным для растений, но наши компьютерные модели предсказывали, что мы можем увеличить производство масла до 20%.

                            При поддержке Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США в 2012 году мы запустили исследовательский проект под названием «Растения, спроектированные для замены масла в сахарном тростнике и сорго», или PETROSS. С тех пор с помощью генной инженерии мы увеличили производство масло и жирные кислоты для достижения 12% масла в листьях сахарного тростника.

                            Сейчас мы работаем над достижением 20% содержания масла — теоретического предела согласно нашим компьютерным моделям — и направляем это накопление масла в стебель растения, где оно более доступно, чем в листьях.Наше предварительное исследование показало, что даже когда инженерные установки производят больше масла, они продолжают производить сахар. Мы называем эти искусственные растения липидканами.

                            Различные продукты из липидного тростника

                            Липидный тростник предлагает множество преимуществ для фермеров и окружающей среды. Мы подсчитали, что выращивание липидного тростника, содержащего 20% масла, будет в пять раз более прибыльным на акр, чем выращивание соевых бобов, основного сырья, используемого в настоящее время для производства биодизеля в Соединенных Штатах, и в два раза более прибыльным на акр, чем кукуруза.

                            Чтобы быть устойчивым, биотопливо для реактивных двигателей также должно быть экономичным в переработке и иметь высокую производительность, сводящую к минимуму использование пахотных земель. По нашим оценкам, по сравнению с соевыми бобами липидный тростник, содержащий 5% масла, может производить в четыре раза больше реактивного топлива на акр земли. Lipidcane с 20% масла может производить более чем в 15 раз больше реактивного топлива на акр.

                            И липидкане предлагает другие энергетические преимущества. Части растения, оставшиеся после извлечения сока, известные как багасса, можно сжигать для получения пара и электричества.Согласно нашему анализу, это будет генерировать более чем достаточно электроэнергии для питания биоперерабатывающего завода, поэтому излишки электроэнергии можно будет продать обратно в сеть, заменив электроэнергию, произведенную из ископаемого топлива — практика, уже используемая на некоторых заводах в Бразилии для производства этанола из сахарного тростника.

                            Потенциальная биоэнергетическая культура в США

                            Сахарный тростник произрастает на малоплодородных землях, которые не подходят для выращивания многих продовольственных культур. В настоящее время его выращивают в основном в Бразилии, Индии и Китае. Мы также разрабатываем липидокейн, чтобы он был более устойчивым к холоду, чтобы его можно было выращивать более широко, особенно на юго-востоке США.С. на малоиспользуемых землях.

                            Если мы посвятим 23 миллиона акров на юго-востоке США выращиванию липидного тростника с 20% масла, по нашим оценкам, эта культура может производить 65% запасов реактивного топлива в США. В настоящее время в текущих долларах это топливо будет стоить авиакомпаниям 5,31 доллара за галлон, что меньше, чем топливо для биореактивных двигателей, производимое из водорослей или других масличных культур, таких как соевые бобы, рапс или пальмовое масло.

                            Lipidcane также можно выращивать в Бразилии и других тропических районах.Как мы недавно сообщали в Nature Climate Change, значительное расширение производства сахарного тростника или липидного тростника в Бразилии может сократить текущие глобальные выбросы углекислого газа на 5,6%. Этого можно было бы добиться, не затрагивая районы, которые правительство Бразилии определило как экологически уязвимые, такие как тропические леса.

                            В погоне за «энергетическим тростником»

                            Наши исследования липидного тростника также включают генную инженерию растения, чтобы сделать его фотосинтез более эффективным, что приводит к более быстрому росту.В статье 2016 года в журнале Science один из нас (Стивен Лонг) и его коллеги из других учреждений продемонстрировали, что повышение эффективности фотосинтеза липидокана увеличило его рост на 20%. Предварительные исследования и параллельные полевые испытания показывают, что мы улучшили эффективность фотосинтеза сахарного тростника на 20% и почти на 70% в прохладных условиях.

                            Сейчас наша команда начинает работу над созданием высокоурожайного сорта сахарного тростника, который мы называем «энергетическим тростником», для увеличения производства масла с акра.Нам еще многое предстоит сделать, прежде чем его можно будет коммерциализировать, но разработка жизнеспособного завода с достаточным количеством нефти для экономичного производства биодизельного топлива и биореактивного топлива является важным первым шагом.

                            Дипак Кумар — научный сотрудник Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн. Стивен П. Лонг — профессор растениеводства и биологии растений в Иллинойсском университете в Урбана-Шампейн. Виджай Сингх — профессор сельскохозяйственной и биологической инженерии и директор Исследовательской лаборатории комплексных биотехнологий в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн.Впервые это появилось в The Conversation — «Реактивное топливо из сахарного тростника? Это не полет фантазии».

                            .

                            Добавить комментарий

                            Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *