Filtrace je odstranění suspendovaných částic z kapaliny jejím průchodem přes porézní materiál (filtrační papír, lepenka, porézní porcelán nebo sklo, azbest, vláknité materiály, tkanina, skelná vata, keramické filtry, porcelánové desky, vrstva filtračního prášku, atd.). Při filtraci se na filtru hromadí sediment, který zmenšuje velikost pórů a sám slouží jako další filtrační vrstva. Proto se poměrně často uchylují k opakované filtraci přes stejný filtr.
Rychlost filtrace je ovlivněna teplotou, tlakem, viskozitou a velikostí částic. Při zvýšených teplotách a tlacích se kapalina filtruje rychleji, což je třeba vzít v úvahu při filtraci viskózních roztoků.
Filtrační materiály používané v laboratoři se dělí na objemové a porézní. K sypkému písku patří křemičitý písek, jehož velikost zrn určuje rychlost a kvalitu filtrace, a také filtrační prášky (křemelina, filtrperlit). Nejčastěji se v laboratoři jako filtrační materiály používají filtrační papíry různé hustoty a porézní skleněné filtry s různou velikostí pórů (filtr č. 1 – 100 mikronů, č. 120 – 2 mikronů, č. 40 – 50 mikronů, č. 3 – 20 um).
Filtrační papír se od běžného papíru liší tím, že není lepený, je složením čistší a vláknitý, a proto má filtrační vlastnosti. Existují běžné a bezpopelové papírové filtry. Během výrobního procesu jsou bezpopelné filtry promývány kyselinami (HC1, HF) a tím se odstraňuje většina minerálů. Typicky je množství popela z filtru té či oné velikosti uvedeno na víku obalu. Pokud překročí 0,0002 g, to znamená, že je v rámci citlivosti analytické váhy, odečte se od hmotnosti kalcinovaného sedimentu, a pokud je menší, zanedbá se. Průmysl vyrábí několik typů bezpopelových filtrů, které se liší průměrem (6, 7, 9 a 11 cm).
Pokud je na balení filtračního papíru uvedeno „Hmotnost popela jednoho filtru je 0,0004 g“, jedná se o běžný filtrační papír.
Hotové filtry se vyznačují hustotou filtračního papíru. V závislosti na hustotě papíru je balení každého typu vybaveno páskou určité barvy. Filtry s černou nebo červenou páskou jsou nejméně husté, to znamená, že se jedná o rychle filtrující a velkoporézní filtry, které se používají k separaci amorfních sedimentů hydroxidů Fe(OH).3, A1(OH)3 atd. Filtry s bílou páskou střední hustoty se používají k oddělení většiny krystalických sedimentů a filtry s modrou páskou jsou jemně porézní. Jsou nejhustší a pomalu filtrují, a proto se používají k separaci jemně rozptýlených sedimentů.
Filtr se volí tak, aby nedosahoval okraje nálevky o 5 mm. Filtr by neměl vyčnívat nad okraj nálevky. Filtr umístěný v nálevce se navlhčí stejným rozpouštědlem, které bylo použito k přípravě filtrovaného roztoku. Během filtrování by hladina kapaliny v nálevce měla být vždy mírně pod okrajem papíru.
Před zahájením filtrace vyberte filtr požadované hustoty a nejvhodnější velikosti. V tomto případě se neřídí objemem filtrované kapaliny, ale množstvím separovaného sedimentu. Sediment by neměl zaplnit více než polovinu objemu vytvořeného filtrem, jinak bude obtížné jej umýt.
Obr. 2.3. Skládání bezpopelného filtru
Pro filtrování zvolte skleněnou nálevku s úhlem 60º. Kruhový filtr se nejprve ohne dvakrát v průměru, pak čtyřikrát (obr. 2.3), aby se boční ohyby vzájemně neshodovaly o 3 mm. Poté se výsledný kužel umístí do nálevky, narovná se a navlhčí destilovanou vodou. Mezi sklem a papírem by neměly být žádné vzduchové bubliny. Naplňte filtr destilovanou vodou a zkontrolujte, zda je nálevka naplněna vodou. Pokud ne, uzavřete konec hadičky prstem, naplňte filtr až po okraj vodou a druhou rukou jej opatrně nadzvedněte podél stěny nálevky tak, aby se z hadičky odstranil vzduch, načež se filtr znovu pevně přitiskl ke sklu. Špatně vložený filtr do nálevky výrazně zpomalí filtraci.
Trychtýř s filtrem se umístí do prstence stativu a pod něj se umístí sklenice na sběr filtrátu. Aby se zabránilo rozstřikování kapaliny, zkosený konec nálevky by se měl dotýkat vnitřní stěny sklenice. Dále začnou dekantovat, usazenou tekutinu opatrně odčerpávají ze sedimentu, snaží se sediment nenarušit, aby se póry filtru co nejdéle nezanášely pevnými částicemi a filtrace probíhala rychleji. Kapalina se nalévá na filtr pouze po skleněné tyči, která je držena svisle (obr. 2.4); jeho spodní konec by měl být přibližně uprostřed boční plochy filtru, ale neměl by se ho dotýkat. Když se filtr naplní, tyčka a sklenice se zvednou. Při vyjímání sklenice pohybujte jejím nosem po tyčce tak, aby poslední kapka nestékla na vnější povrch. Po naplnění filtru se tyčinka vrátí do sklenice a snaží se nenarušit sediment. Abyste zabránili ztrátě částic sedimentu umístěných na samotné tyčince, měli byste ji uchovávat pouze ve sklenici nebo nad filtrem (při dekantaci). Když byla všechna tekutina ze sedimentu dekantována, začnou ji promývat.
Obr. 2.4. Filtrace
Obr. 2.5. Schéma výroby skládaného filtru
Papírové filtry se dodávají v jednoduchých a skládaných typech. Pleatové filtry jsou vyráběny ručně, mají větší filtrační plochu a filtrace s nimi jde rychleji.
Skládané filtry se z filtračního papíru připraví následovně: kulatý filtr se přeloží napůl a pak jako harmonika (obr. 2.5). Filtrační plocha skládaného filtru je 2x větší než u jednoduchého filtru. K jeho výrobě se čtvercový list filtračního papíru požadované velikosti přehne na polovinu, poté na čtyři a roh se odřízne nůžkami. Poté je filtr složen jako harmonika, rozložen a umístěn do nálevky. Při výrobě filtru je třeba se vyvarovat trhání papíru. Záhyby filtru by se neměly blížit jeho středu.
Obr. 2.6. Filtrační kelímek a nálevka
Filtrace se provádí různými způsoby. Kromě papírových filtrů se používají skleněné filtrační kelímky a nálevky (obr. 2.6), které jsou opatřeny uvnitř zatavenou porézní skleněnou deskou, která slouží jako porézní vrstva (viz příloha 10). Papírové filtry se nepoužívají k filtraci roztoků s koncentrovanými kyselinami nebo zásadami (použijí se pouze pro ty sedimenty, které budou kalcinovány při teplotách nad 500 °C). V těchto případech je vhodné použít porézní skleněné filtry, u kterých je filtračním materiálem porézní skleněná deska s určitou propustností. Filtrujte přes tyto filtry pomocí vakua, nejčastěji vytvořeného pomocí Kamovského vývěvy nebo vodní vývěvy. Před použitím se filtr promyje zředěnou kyselinou chlorovodíkovou nebo dusičnou, poté horkou vodou, opláchne destilovanou vodou a suší při teplotě nepřesahující 300 °C do konstantní hmotnosti.
Filtrace a promývání se provádí podle návodu pro papírové filtry. Je třeba mít na paměti, že skleněné filtry se mohou při vystavení alkáliím deformovat. Pokud se ukáže, že je filtrát zakalený, opakujte filtraci.
Pro urychlení procesu filtrace se provádí za sníženého tlaku (obr. 2.7), čímž se v jímce vytvoří snížený tlak. K takové filtraci se používá Buchnerova nálevka (obr. 2.8) nebo porézní skleněný filtr, který je přes Bunsenovu baňku napojen na vodní paprsek nebo vývěvu (obr. 2.9). Jako filtrační přepážka je na Buchnerův trychtýř umístěn papírový nebo látkový filtr nebo naplavená vrstva azbestu. Při filtraci za sníženého tlaku je nutné zajistit, aby filtrát nedosáhl úrovně nástavce napojeného na vývěvu, proto je nutné při plnění baňky filtrát vypustit.
Rýže.2.7. Filtrace za sníženého tlaku:
1 — skleněný kelímek s porézním dnem filtru; 2 — skleněná nálevka s porézní filtrační přepážkou; 3 — nárazníková past; 4 – vodní tryskové čerpadlo
Obr. 2.8. Porcelánové Buchnerovy nálevky
je. 2.9. Filtrace přes Buchnerovu nálevku
V některých případech (například pro filtraci želatinových sedimentů) je nutné provést filtraci při určité teplotě. Poté použijte kovový dutý dvoustěnný trychtýř vybavený bočními otvory (obr. 2.10). Voda se nalévá do prostoru mezi stěnami. Do kovové nálevky je vložena skleněná nálevka s vloženým papírovým filtrem. Hořák se používá k ohřevu vody v kovové nálevce, dokud nedosáhne požadované teploty, nebo k čerpání vody z termostatu. Filtrace se provádí podle obvyklého schématu.
Obr. 2.10. Zařízení pro horkou filtraci:
1 – skleněná nálevka s filtrem; 2 – teploměr; 3 – dutý kovový trychtýř naplněný vodou; 4 – nástavec pro topnou vodu; 5 – hořák
Při filtrování je třeba dodržovat následující pravidla:
- • při sběru filtrátu pro analýzu je lepší používat složené filtry a při sběru sedimentu – obyčejné rovné;
- sediment na filtru by neměl zabírat více než jednu třetinu výšky nálevky;
- K filtrování těžkých usazenin použijte filtrační kužel;
- kapalina se nalije na filtr pomocí skleněné tyčinky;
- hladina kapaliny by měla být 3 mm pod okrajem papírového filtru;
- zahřátá kapalina se snadněji filtruje;
- Filtraci lze urychlit použitím vakua a Buchnerovy nálevky. Při vakuové filtraci dbejte na to, aby se přebytečný filtrát neshromažďoval v jímací baňce, jejíž hladina by neměla dosahovat k nástavci spojujícímu baňku s vývěvou. Při montáži filtračního zařízení ve vakuu by měla být mezi přijímací baňku a vakuové čerpadlo umístěna nádoba na pufr;
- Při filtrování hořlavých kapalin by v blízkosti neměl být otevřený oheň.
V přírodě se látky obvykle vyskytují ve formě směsí. Aby se získala čistá látka, musí být izolována ze směsi.
Separace směsi vyrobené tak, aby izolovaly všechny jeho součásti v čisté formě. Při čištění jedna látka se izoluje a nečistoty se odstraní.
Jako součást směsí si látky zachovávají své vlastnosti. Metody separace a čištění látek jsou založeny na jejich rozdílech.
usazování
Jedním z nejjednodušších způsobů separace heterogenních směsí je usazování.
Používá se k oddělení heterogenních směsí kapaliny a pevné látky nebo dvou kapalin, které se liší hustotou.
Když se usadí směs kapaliny a pevné látky, usadí se na dně nádoby látka s vyšší hustotou. Horní vrstva je pečlivě oddělena.
Rýže. (1). Usazování směsi písku a vody
Tímto způsobem můžete oddělit směs křídy a vody, písku a vody.
K oddělení směsi dvou kapalin (rostlinný olej a voda, benzín a voda, olej a voda) oddělovací nálevka – nádoba s kohoutkem na dně. Nejprve sceďte těžší spodní vrstvu a poté lehčí vrchní vrstvu. Podobným způsobem se na vesnicích oddělovala smetana od mléka.
Rýže. (2). Oddělovací trychtýř
Filtrace
Filtrace – je oddělení kapaliny nebo plynu od pevných částic v nich suspendovaných při průchodu porézními materiály ( filtry) . Filtry zachycují částice, pokud jsou jejich velikosti větší než velikost pórů. Pro filtraci můžete použít speciální papír, látku, gázu, vatu, písek, uhlí a porézní keramiku.
Rýže. (3). Filtrační mechanismus
Nejjednodušší filtrační zařízení se skládá z nálevky s filtrem a nádoby na zachycování filtrátu. Pokud používáte papírový filtr, opatrně nalijte směs do nálevky přes skleněnou tyčinku. Voda prochází filtrem a pevné částice se na něm zadržují.
Rýže. (4). Nejjednodušší filtrační zařízení
((1) – směs, (2) – skleněná tyčinka, (3) – nálevka s filtrem, (4) – filtrát)
Pomocí filtrace můžete vodu vyčistit od prachových částic, částic písku a dalších nečistot, které se do ní dostaly. V laboratořích se touto metodou oddělují sraženiny vzniklé při reakcích.
Filtrace se používá v průmyslu (při výrobě rostlinného oleje, tvarohu). Jako filtry se používají tkaniny.
V motorech automobilů palivo a olej vždy prochází přes filtry.
V jednom ze stupňů čištění pitné vody ve vodovodním potrubí prochází vrstvou čistého písku. Doma se k čištění pitné vody používá domácí filtr.
Filtrace také odstraňuje nečistoty ze vzduchu. Provoz vysavače a plynové masky je založen na filtraci vzduchu.
Často se používá k odstranění nežádoucích nečistot adsorbenty . V plynových maskách tedy vzduch prochází vrstvou aktivního uhlí, které má mnoho malých pórů a je schopné absorbovat plynné a rozpuštěné látky. Uhlí se používá při výrobě cukru k čištění cukrového sirupu od nečistot, které obsahuje.
Pokud jsou částice heterogenní směsi malé, je obtížné je oddělit usazováním nebo filtrací. V tomto případě se používá centrifugace. Směs se umístí do nádob, které se otáčejí vysokou rychlostí odstředivka . Těžší částice se usazují na dně.
Tato metoda se používá pro separaci mléka. Při otáčení ve speciální odstředivce (separátoru) se smetana oddělí a zůstane odstředěné mléko.
Univerzální metody pro separaci směsí neexistují. V každém konkrétním případě jsou založeny na rozdílech ve vlastnostech látek.
Směs železných pilin a síry lze oddělit pomocí magnetických vlastností železa. Pokud na povrch směsi přivedete magnet, částice železa se k němu přitáhnou, ale síra zůstane.
Rýže. (6). Separace směsi síry a železa
Stejnou směs můžete oddělit pomocí vody. Železo je těžší než voda a usazuje se na dně. Síra není smáčena vodou a zůstává na povrchu. Nazývá se metoda dělení směsí založená na rozdílech ve smáčivosti složek flotace .
