宏观上而言,常见的护栏、水果筛子、渔网、纱窗等都是用来隔离某些物质通过的。若把筛子孔径缩小到微观尺寸,则可以得到高中化学实验中常见的几种分离。具体而言:快速、中速和慢速三种定量的滤纸孔径分别为80~120 μm,30~50 μm和1~3 μm;半透膜的孔径只有1~100 nm(正好等于胶体微粒的直径范围);RO膜(反渗透膜)的孔径精度为0.1 nm左右,只能允许水分子通过,水中的钠离子、钙离子、镁离子、硫酸根离子和细菌、悬浮物等几乎一切杂质都不能通过;紫外线的波长范围是10~380 nm,红外线波长在760 nm~1 mm之间。由于短波易通过,因此,大部分的紫外线都能通过普通玻璃,而只有极少部分的红外线能通过普通玻璃,这也与红外线和紫外线的波长长短有关。
当然,物质能否通过对应的膜,与对宏观物质的认识是有差别的。一方面取决于膜两侧的浓度差;另一方面取决于压力差,如过滤中的抽滤可以加快过滤,RO膜净化水采用的就是加压过滤。
一、生活中的分离—水果筛选
二、实验中的分离—过滤
三、胶体中的分离—半透膜的渗析
四、饮用水的分离——反渗透
五、红外线、紫外线的分离—温室大棚的效应
六、几种分离的比较与思考
以上几种分离看似无关,既有宏观世界可视的分离,又有高中化学实验中可以理解的过滤操作,甚至涉及科技前沿(与量子前沿相关联)的波粒二象性问题。这些透过(通过)与不透过(通过),实际上就是一种筛选。这些筛选都是利用了物质颗粒的大小不同,通过让尺寸小的物质通过,让尺寸相对大的物质被阻隔而达到分离的目的。反其道而行之,则可以人为地设置一种滤器或膜,筛选出所需要的尺寸,进而为科技的发展和社会的进步服务。
李明立 曹广雪 山东省济宁市邹城市实验中学 |