Что такое действие магнитом в химии
Способы разделения смесей
Для получения чистых веществ используют различные способы разделения смесей.
| Способы разделения смесей | |
|---|---|
| неоднородных (гетерогенных) | однородных (гомогенных) |
| — Отстаивание — Фильтрование — Действие магнитом — Центрифугирование | — Выпаривание. Кристаллизация. — Дистилляция (перегонка) |
Процессы разделения смесей основаны на различных физических свойствах компонентов, образующих смесь.
Отстаивание
Отстаивание — это разделение неоднородной жидкой смеси на компоненты, путём её расслоения с течением времени под действием силы тяжести.
Отстаиванием можно разделить смесь нерастворимых в воде веществ, имеющих разную плотность.
Пример. Смесь из железных и древесных опилок можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Железные опилки опустятся на дно сосуда, а древесные будут плавать на поверхности воды (2), и их вместе с водой можно будет слить в другой сосуд (3):
На этом же принципе основано разделение смесей малорастворимых друг в друге жидкостей.
Пример. Смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки:
Отстаиванием также можно разделить вещества, которые осаждаются в воде с различной скоростью.
Пример. Смесь из глины и песка можно разделить, если высыпать её в сосуд с водой (1), взболтать и дать отстояться. Песок оседает на дно значительно быстрее глины (2):
Этот способ используется для отделения песка от глины в керамическом производстве (производство глиняной посуды, красных кирпичей и др.).
Центрифугирование
Центрифугирование — это разделение неоднородных жидких смесей путём вращения.
Пример. Если компоненты неоднородной жидкой смеси очень малы, такие смеси разделяют центрифугированием. Такие смеси помещают в пробирки и вращают с большой скоростью в специальных аппаратах — центрифугах.
Перед центрифугированием частицы смеси распределены по объёму пробирки равномерно. После центрифугирования более лёгкие частицы всплывают наверх, а тяжёлые оседают на дно пробирки.
С помощью центрифугирования, к примеру, отделяют сливки от молока.
Фильтрование
Фильтрование — это разделение жидкой неоднородной смеси на компоненты, путём пропускания смеси через пористую поверхность. В роли пористой поверхности может выступать бумажная воронка, марля, сложенная в несколько слоёв, или любой другой пористый материал, способный задержать один или несколько компонентов смеси.
Фильтрованием можно разделить неоднородную смесь, состоящую из растворимых и нерастворимых в воде веществ.
Пример. Чтобы разделить смесь, состоящую из поваренной соли и песка, её можно высыпать в сосуд с водой, взболтать и затем эту смесь пропустить через фильтровальную бумагу. Песок остаётся на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр:
При необходимости, растворённую поваренную соль из воды можно выделить выпариванием.
Действие магнитом
С помощью магнита из неоднородной смеси выделяют вещества, способные к намагничиванию.
Пример. C помощью магнита можно разделить смесь, состоящую из порошков железа и серы:
Выпаривание. Кристаллизация
Выпаривание — это способ разделения жидких смесей путём испарения одного из компонентов. Скорость испарения можно регулировать с помощью температуры, давления и площади поверхности испарения.
Пример. Чтобы растворённую в воде поваренную соль выделить из раствора, последний выпаривают:
Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаётся поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворённое вещество выделяется в виде кристаллов. Этот процесс получил название кристаллизации.
Дистилляция (перегонка)
Дистилляция (перегонка) — это способ разделения жидких однородных смесей путём испарения жидкости с последующим охлаждением и конденсацией её паров. Данный способ основан на различии в температурах кипения компонентов смеси.
Пример. При нагревании жидкой однородной смеси сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Образующиеся пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде. Когда этого вещества уже не останется в смеси, температура начнёт повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент:
Таким способом получают, к примеру, дистиллированную воду.
Содержание:
Магнитные свойства вещества:
Многочисленные опыты показывают, что магнитное поле взаимодействует со всеми без исключения веществами, изменяя их физические и химические свойства. Проявления этого взаимодействия могут быть различными.
Возьмем мощный электромагнит с коническими полюсными наконечниками, расположим между полюсами висмутовый шарик, уравновешенный па небольших весах (рис. 2.18). При замыкании цепи питания электромагнита равновесие нарушится: шарик выйдет из магнитного поля.
Расположим горящую свечу так, чтобы ее пламя было между полюсами магнита. Замкнув цепь питания магнита, увидим, что пламя выталкивается из магнитного поля (рис. 2.19).
Тщательные исследования диамагнитных явлений показали, что магнитная индукция в диамагнетике меньше, чем магнитная индукция внешнего поля: 
. Такой эффект
объясняется изменениями, которые происходят в атомах диамагнетика при внесении вещества в магнитное поле, поэтому этот эффект наблюдается у всех веществ.
Вещества, у которых наблюдается диамагнитный эффект, называются диамагнетиками.
Влияние вещества на магнитное поле описывает физическая величина, которая называется магнитной проницаемостью. Она определяется как отношение магнитной индукции в веществе В к магнитной индукции вне вещества B0:
Если над полюсными наконечниками уравновесить на весах алюминиевый шарик, то при замыкании цепи питания он будет втягиваться в пространство между наконечниками, где индукция поля больше (рис. 2.20).
Pиc 2.20. Алюминиевый шарик втягивается в магнитное поле
Взаимодействия вещества и магнитного поля проявляются как диамагнетизм, парамагнетизм и ферромагнетизм.
Парамагнетизм проявляется в веществах, атомы которых, имея собственное поле, словно магнитные стрелочки, поворачиваются под действием внешнего магнитного поля, увеличивая его магнитную индукцию.
Большинство веществ принадлежат к диамагнетикам или парамагнетикам, являясь слабомагнитными веществами. Анализируя значения их магнитных проницаем остей, можно заметить, что она как у парамагнетиков, так и у диамагнетиков мало отличается от единицы. Поэтому диамагнетизм и парамагнетизм в большинстве случаев не влияют существенно на магнитные свойства среды.
Однако есть вещества, которые весьма заметно взаимодействуют с магнитным полем. Их называют ферромагнетиками.
Типичным признаком ферромагнетика является аномально большое значение магнитной проницаемости. Так, чистое железо после длительного отжига в атмосфере водорода имеет магнитную проницаемость до 340 000. Это значит, что этот ферромагнетик усиливает магнитное поле в 340 000 раз.
Свойства ферромагнетиков
Многие специфические свойства ферромагнетиков являются производными от их кристаллической структуры. При внесении ферромагнетика в магнитное поле физические изменения в них происходят на уровне кристаллической решетки. Поэтому пни имеют специфические свойства и составляют отдельный класс.
Типичным свойством ферромагнетиков является нелинейность процесса их намагничивания. Если ферромагнетик внести в магнитное поле и начать постепенно увеличивать магнитную индукцию этого поля, то магнитная индукция в ферромагнетике не будет увеличиваться пропорционально (рис. 2.21). При постепенном увеличении магнитной индукции внешнего поля магнитная индукция в ферромагнетике сначала увеличивается медленно, потом — быстрее, а потом снова возрастание уменьшается. При достижении состояния насыщения (точка А) магнитная индукция в ферромагнетике возрастает линейно.
Рис. 221. График процесса намагничивания ферромагнетика
Из такого сложною характера намагничивания можно сделать вывод, что магнитная проницаемость ферромагнетиков не является постоянной величиной.
Для ферромагнетиков характерно свойство, называемое гистерезисом. Сущность его в том, что процессы намагничивания и размагничивания проходят не одинаково. Ферромагнетик, находившийся в магнитном поле, сохраняет определенную намагниченность даже тогда, когда это поле исчезло. При перемагничивании ферромагнетика в магнитном поле переменного тока график перемагничивания имеет сложный характер (рис. 2.22). Поэтому этот график называют петлей гистерезиса.
Рис. 2.22 Петля гистерезиса
Форма петли гистерезиса для различных сортов стали бывает разной. Для многих сталей высота петли намного больше ширины. Такие материалы называют магнитно мягкими. Они быстро намагничиваются и размагничиваются. Поэтому применяются в электротехнических устройствах, работающих на переменном токе.
Если ширина петли гистерезиса соразмерна с высотой, то ферромагнетик называют жестким.
Кристаллическая структура ферромагнетика зависит от температуры. Поэтому при изменении температуры изменяются и магнитные свойства ферромагнетика.
В подтверждение этого поднесем к полюсу постоянного магнита никелевое кольца. Поскольку никель ферромагнетик, то кольцо притянется к магниту и будет находиться некоторое время в этом состоянии (рис. 2.23). Если кольцо нагреть (например, от газовой горелки), то через некоторое время кольцо отпадет вследствие потери ферромагнитных свойств. Температуру, при которой исчезают ферромагнитные свойства, называют точкой Кюри. Значения точки Кюри у различных ферромагнетиков разные.
Puc. 223.Магнитные свойства ферромагнетиков зависят от температуры
Кристаллическая структура ферромагнетика зависит от температуры. Поэтому при изменении его температуры изменяются и его свойства.
| Вещество | Точка. Кюри, o C |
| Железо | 768 |
| Никель | 358 |
| Кобальт | 1120 |
| Гадолиний | 17 |
Использование магнитных свойств вещества
Во время взаимодействия вещества с магнитным полем изменяются не только магнитные, но и другие его свойства.
Одним из интересных примеров использования действия магнитного поля на вещество является «омагничивание» воды. Под действием магнитного поля она приобретает новые свойства.
Такая вода не оставляет накипи в нагревательных водяных котлах, что позволяет использовать ее без дополнительной химической обработки. Бетон, замешанный на «омягниченной» воде, крепче, чем на обычной воде.
Явление усиления магнитного ноля ферромагнетиками используется в различных электротехнических приборах: в электромагнитных кранах (рис. 2.24), в реле, в электродвигателях, в трансформаторах. Для этого используются специальные сорта стали.
Все результаты взаимодействия магнитного поля и вещества нашли применение в практике.
Магнитное поле лечит злокачественные опухоли, позволяет исследовать внутренние органы человека, проникать в тайны многих болезней человека.
C магнитным полем связана жизнь всех живых организмов на Земле. Ученые выяснили, что перелетный птицы ориентируются в полете и поиске своих постоянных мест гнездования по магнитному полю Земли.
Магнитное поле охраняет жизнь на Земле от космических опасностей.
На Землю из космоса поступает мощный поток быстрых частиц, которые в случае попадания в живой организм могут отрицательно воздействовать на него. Но в магнитном поле Земли на них действует сила Лоренца, защищающая жителей Земли от вредного влияния (рис. 2.25).
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
Магнитные свойства вещества (примеры)
Что такое магнитные свойства вещества
В некоторых случаях (при определенных числах электронов в атоме и соответствующих ориентировках их движения) отдельные микрополя в атоме могут взаимно компенсироваться и тогда атом собственного элементарного магнитного поля не образует.
Вещества, атомы которых имеют собственное элементарное магнитное поле (рис. 247, а), называются парамагнитными (или парамагнетиками).
Вещества, атомы которых собственного элементарного магнитного поля не имеют (рис. 247, б), называются диамагнитными (или диамагнетиками).
Тела состоящие как из диа-, так и парамагнитных веществ, немагнитны. Они собственного магнитного поля не образуют, так как в первом случае у атомов элементарные магнитные поля вообще отсутствуют, а во втором случае элементарные поля атомов имеют в массе вещества беспорядочную пространственную ориентировку, которая в процессе теплового движения все время меняется и поэтому они взаимно компенсируются.
Диамагнитные вещества
Диамагнетизм это универсальное явление, оно свойственно и парамагнетикам. Однако в последних внешнее магнитное поле вызывает одновременно также и другой эффект, называемый парамагнетизмом.
При этом ориентировка микротоков, в результате которой в атомах парамагнетиков создается собственное элементарное магнитное поле, изменяется так, что эти поля принимают направление, согласное с внешним полем.
Суммируясь, они образуют собственное магнитное поле вещества, которое направлено согласно с внешним полем и его усиливает (рис. 274, в). Этот эффект называется парамагнетизмом, причем у парамагнитных веществ он значительно сильнее диамагнитного эффекта, в связи с чем внешне только он и проявляется.
Если диамагнитное вещество поместить во внешнее магнитное поле, то на микротоки в его атомах со стороны поля будут действовать силы Лоренца, которые вызовут изменение пространственной ориентировки орбит электронов. В связи с этим (подробно этот вопрос здесь рассматривать не будем) у атомов появятся наведенные элементарные магнитные поля, направление которых обратно внешнему полю (правило Ленца).
В результате сложения этих элементарных полей образуется собственное магнитное поле вещества, направленное навстречу внешнего поля и его ослабляющее (рис. 247, г). На рисунке силовые линии обозначены: для внешнего поля — сплошным и для собственного поля вещества — пунктиром. Этот эффект называется диамагнетизмом и у диамагнетиков является единственным результатом действия внешнего поля.
Диамагнитные вещества
Если диамагнитное тело поднести к полюсам магнита, оно отталкивается (рис. 248, а), а будучи свободно подвешено, устанавливается перпендикулярно силовым линиям поля магнита. К диамагнитным телам относятся: вода, большая часть органических соединений (например, углеводы и белки), а также некоторые металлы (висмут, серебро, цинк и др.).
Если парамагнитное тело поднести к полюсам магнита, оно притягивается (рис. 248,б), а будучи свободно подвешено, устанавливается вдоль силовых линий поля магнита. К парамагнитным телам относятся газы, щелочные и щелочноземельные металлы и др.
Образование под действием внешнего поля собственного поля в ве ществе называется его намагничиванием. При намагничивании у большей части веществ собственное поле прямо пропорционально напряженности намагничивающего поля, а при прекращении его действия вещество воз вращается в исходное немагнитное состояние (см. рис. 247, а и б). Способ ность к намагничиванию у различных веществ отличается, однако у боль шинства как диамагнитных, так и парамагнитных тел она настолько мала, что практического значения не имеет.
Ферромагнетики
Особую группу составляют ферромагнетики (рис. 249, а). Они намагничиваются в сотни и тысячи раз сильнее парамагнетиков (рис. 249,б) и сохраняют собственное магнитное поле и после прекращения действия намагничивающего поля (рис. 249, в). Это явление называется остаточным намагничиванием и лежит в основе образования естественных или искусственных магнитов (в частности, и магнитных стрелок).
Кроме того, для них характерно явление магнитного насыщения, которое заключается в том, что при их намагничивании и постепенном увеличении напряженности внешнего поля собственное поле вещества сначала нарастает пропорционально внешнему, затем эта пропорциональность нарушается и, наконец, нарастание собственного поля прекращается: вещество находится в состоянии магнитного насыщения.
Свойства ферромагнетиков связаны с наличием в их природной структуре групп атомов, называемых доменами, которые уже имеют согласную ориентировку элементарных магнитных полей. Происходящая при намагничивании ориентировка полей самих доменов создает собственное поле вещества значительно более сильное, чем у прочих парамагнетиков, в которых происходит только частичная ориентировка элементарных полей атомов вещества. Ориентировка полей доменов в значительной мере сохраняется и после прекращения действия внешнего поля.
Такова природа остаточного намагничивания. Однако интенсивное тепловое движение может разрушить эту ориентировку, поэтому при высокой температуре ферромагнитные вещества теряют свои магнитные свойства. Состояние магнитного насыщения соответствует, по-видимому, наиболее полной возможной ориентировке полей доменов. К ферромагнетикам относятся железо, сталь, никель, кобальт и различные специальные сплавы.
Расчеты магнитных свойств веществ
Таким образом, магнитное поле, образующееся в веществе, представляет собой результат сложения двух полей: внешнего поля, создаваемого намагничивающим током (такое же поле образуется этим током и в вакууме), и собственного поля вещества, возникающего в результате намагничивания. Тогда магнитную индукцию В поля в веществе можно выразить как алгебраическую сумму индукции Вн намагничивающего поля (или индукции Вс поля, образуемого намагничивающим током в вакууме) и индукции Вс собственного поля вещества:
где μ = В/В0, есть величина, показывающая, в каком соотношении находится индукция поля, образованного в данном веществе с индукцией поля, возникающего в аналогичных условиях в вакууме. Эта величина называется относительной магнитной проницаемостью вещества и характеризует его способность к намагничиванию.
Принимая во внимание приведенное выше соотношение между магнитной индукцией В0 и напряженность поля Н0 в вакууме, можно указать аналогичное соотношение между магнитной индукцией В поля в веществе и напряженностью Н0 намагничивающего поля.
В = μ Н 0
Относительная магнитная проницаемость μ, как это следует из выше изложенного, у диамагнетиков меньше единицы, хотя и близка к ней μд ≤1, у парамагнетиков — больше единицы μп ≥ 1 и у ферромагнетиков значительно больше единицы(может доходить до десятков тысяч, причем в связи с явлением магнитного насыщения величина ее зависит от напря женности поля, вызывающего намагничивание)
Относительная магнитная проницаемость для некоторых веществ (для ферромагнитных — в области, далекой от насыщения) приведена в таблице.
