Химические смеси. Чистые вещества и смеси

Постарайтесь ответить на следующий вопрос: «Будет ли правильным изучать свойства воды, используя для этого морскую воду?». Естественно, нет, потому что морская вода представляет из себя не чистую H 2 O, а смесь разных веществ в ней. В первую очередь это соли (их главную массу составляет хлорид натрия), они придают морской воде своеобразный горько-соленый вкус. Абсолютно каждое вещество, которое можно выделить из воды, обладает определенными свойствами. Однако и сама вода, которая не загрязнена посторонними примесями или содержащая их чрезвычайно мало, – дистиллированная вода, обладает специфическими свойствами. Она замерзает при температуре 0°С, в то время как вода из океана – при температуре – 1,9 °С.

Природная вода не может быть совершенно чистой. Самой чистой является дождевая вода, однако и она содержит определенное количество примесей, которые захвачены из воздуха.

В повседневной жизни, мы, как правило, сталкиваемся не с чистыми веществами, а со смесями веществ. Подобные смеси могут быть неоднородными (к примеру, мутная вода из реки, содержит нерастворимые частицы песка и глины, их можно заметить невооруженным глазом) и однородными, (растворы сахара, спирта) в них нельзя заметить границу раздела между веществами.

Однородные смеси можно разделить на жидкие, твердые и газообразные. Самая важная газообразная смесь – воздух, он представляет собой смесь кислорода, азота, углекислого газа, аргона, а также других веществ. Из твердых смесей можно выделить стекло и различные сплавы – бронзу, латунь, сталь.

Состав различных смесей может быть достаточно разнообразным, они в отличие от чистых веществ, обладают другими свойствами. Чистая вода превращается в лед при температуре 0°С, если мы растворим в ней поваренную соль, то температура ее замерзания значительно понизится. Такими методами, к примеру, пользуются обленившиеся работники городского коммунального хозяйства, когда в период сильных заморозков и гололедицы посыпают тротуары технической поваренной солью.

Состав смеси можно установить при помощи химического анализа. Подобный способ широко распространен, он необходим при решении важнейших хозяйственных проблем, а также научно-технических задач.

Контроль состояния окружающей среды невозможен без определения концентрации примесей, которые загрязняют воздух, воду и почву. При разведке различных полезных ископаемых используется анализ горных пород и руд. Вспомним Шерлока Холмса, известного сыщика, главного героя многочисленных произведений А. Конан Дойла: ему всегда удавалось определить виновность или невиновность подозреваемого при помощи химического анализа, на который уходила значительная часть свободного времени сыщика. Без химического анализа не может обойтись как археолог, так и криминалист, как медик, так и искусствовед. Кроме этого, стоит упомянуть и космические исследования, изучение атмосферных газов планет, их горных пород, изучение состава лунного грунта невозможно без проведения этого трудоемкого процесса.

При помощи особых технологий и методов с применением химического анализа можно создать особо чистые вещества, содержание примесей в них, отражающееся на их свойствах, не превышает одной стотысячной и даже одной миллионной процента. Такие вещества играют важнейшую роль в атомной энергетике, волоконной оптике, полупроводниковой промышленности. Особо чистые вещества, а точнее их свойства, необходимы для создания принципиально новых приборов либо технологических процессов.

Одной из важнейших проблем химии является очистка веществ. Для очищения природной воды от взвешенных частиц, ее пропускают через слой пористого вещества, к примеру угля, или обожженной глины. Если же идет речь о большом количестве воды, то в таких ситуациях используют фильтры из песка и гравия.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – .
Первый урок – бесплатно!

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

В химии существуют понятия чистых веществ и смесей. Чистые содержат молекулы только одного вещества. В природе преобладают смеси, состоящие из разных веществ.

Понятия

Все вещества можно разделить на две категории - чистые и смешанные. К чистым веществам относятся элементы и соединения, состоящие из одинаковых атомов, молекул или ионов. Это вещества с постоянным составом, сохраняющие постоянные свойства.
Примерами чистых веществ являются:

• металлы и инертные газы, состоящие из атомов;
• вода, состоящая из молекул воды;
• поваренная соль, состоящая из катионов натрия и анионов хлора.

Рис. 1. Чистые вещества.

Если в воду подмешать сахар, она перестанет быть чистым веществом, образуется смесь. Смеси состоят из нескольких разных по структуре чистых веществ, которые называются компонентами. Смеси могут иметь любое агрегатное состояние. Например, воздух - это смесь различных газов (кислорода, водорода, азота), бензин - смесь органических веществ, латунь - смесь цинка и меди.

Рис. 2. Смеси.

Каждое вещество сохраняет свои свойства, поэтому вода с солью - солёная, а сплав с железом притягивается магнитом. Однако свойства самой смеси могут меняться в соответствии с количественным и качественным составом компонентов. Например, дистиллированная вода, прошедшая максимальную очистку, в зависимости от добавленных веществ может приобрести сладкий, кислый, солёный или кисло-солёный вкус. Причём, чем выше концентрация определённого вещества, тем сильнее выражен определённый вкус.

По структуре смеси могут быть однородными или сочетать вещества в разных агрегатных состояниях. В соответствии с этим выделяют:

• гомогенные или однородные - частицы нельзя обнаружить без химического анализа, их показатель одинаков в любом месте пробы (сплав металлов);
• гетерогенные или неоднородные - частицы легко обнаружить, их частота неоднородна в разных местах смеси (вода с песком).

К гетерогенным смесям относятся:

• суспензии - смеси твёрдых и жидких веществ (угля и воды);
• эмульсии - смеси разных по плотности жидкостей (масла и воды).

Если один компонент уступает по массе в десятки раз другому компоненту, то его называют примесью.

Способы очистки

Абсолютно чистых веществ не существует. Чистыми веществами считают вещества, содержащие незначительное количество примесей, которые не отражаются на физических и химических свойствах вещества. Чтобы максимально очистить вещество, используются способы разделения смесей:

• отстаивание - оседание тяжёлых веществ в жидкостях;
• фильтрация - отделение частиц от жидкости с помощью фильтров;
• выпаривание - нагревание раствора до испарения влаги;
• применение магнита - выделение с помощью намагничивания;
• дистилляция - разделение веществ с разной температурой кипения;
• адсорбция - скопление одного вещества на поверхности другого.

Металлы от неметаллов можно отделить с помощью флотации. Это процесс, основанный на способности к намоканию веществ. Таким способом отделяют железо от серы: железо намокает и оседает на дно, а сера не намокает и остаётся на поверхности воды.

Рис. 3. Флотация.

Что мы узнали?

Из урока химии 8 класса узнали о понятиях смесей и чистых веществ. Элементы и соединения, состоящие из однородных молекул, атомов или ионов, а также обладающие постоянными свойствами, называются чистыми. Смеси включают несколько чистых веществ разной концентрации и структуры. Соединения могут смешиваться полностью, образуя однородные вещества, или соединяться неоднородно. Для разделения смесей используют различные методы.

РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

6. Смеси веществ. Растворы

6.2. Смеси, их типы, названия, состав, методы разделения

Смеси - это совокупность различных веществ, из которых может складываться одно физическое тело. Каждое вещество, что содержится в смеси, называют компонентом. При смешивании новое вещество не возникает. Все вещества, которые входят в состав смеси, сохраняют присущие им свойства. Но физические свойства смеси, как правило, отличаются от физических свойств отдельных компонентов. Смеси бывают однородными и неоднородными.

Однородные (гомогенные) смеси - это смеси, в которых компоненты смешаны на молекулярном уровне (однофазный материал); их невозможно обнаружить при рассматривании невооруженным глазом и даже при использовании мощных оптических приборов. Например, водные растворы сахара, поваренной соли, спирта, уксусной кислоты, металлические сплавы, воздух.

Неоднородные (гетерогенные) смеси формируют так называемые дисперсные системы. Они образуются при смешивании двух и более веществ, которые не растворяются друг в друге (не образуют однородных систем) и не реагируют химически. Компоненты дисперсных систем называют дисперсионным средой и дисперсной фазой; между ними существует поверхность раздела.

По размеру частиц дисперсной фазы системы разделяют на:

Грубодисперсные (> 10 -5 м);

Мікрогетерогенні (10 -7 -10 -5 м);

Ультрамікрогетерогенні (10 -9 -10 -7 м), или золи (коллоидные системы) 1 .

Если частицы дисперсной фазы имеют одинаковый размер, системы называют монодисперсними; если разный - полідисперсними (таковыми являются практически все природные системы). В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы, различают такие простые дисперсные системы:

* Газы образуют однородные смеси (газообразные растворы).

** Пористые тела по размеру полостей разделяют на:

Микропористые (2 нм);

Лезопористі (2-50 нм);

Макропористые (> 50 нм).

Смеси разделяют с помощью физических методов. Для разделения неоднородных смесей используют отстаивание, фильтрование, флотацию и иногда действие магнита.

Для разделения однородных смесей используют выпаривание и перегонку (дистилляцию).

_____________________________________________________________

1 Если размеры частиц дисперсной фазы не превышают размеров молекул или ионов (до 1 нм), такие системы называют истинными растворами.

Чистое вещество имеет определенный постоянный состав или структуру (соль, сахар).

Чистое вещество может быть элементом или соединением .

Атом - это наименьшая частица элемента, сохраняющая все его свойства . Химический элемент состоит из атомов одного вида. В элементе все атомы одинаковы и имеют одинаковое число протонов. Элементы - это, своего рода, "строительные блоки" любого вещества. Можно привести строительную аналогию:

Стройматериалы (кирпич, бетон, песок…) - это элементы
Строительные конструкции (дома, мосты, дороги…) - это вещество

2. Соединения элементов

Соединение состоит, как минимум, из двух элементов. Все та же вода состоит из соединения двух элементов водорода и одного элемента кислорода - H 2 O. Другими словами, соединив эти два элемента таким образом, мы получим воду и только воду!

Несмотря на то, что вода состоит из элементов водорода и кислорода, ее химические и физические свойства отличаются от свойств чистого водорода и кислорода.

Чтобы "разделить" воду на водород и кислород, необходимо произвести химическую реакцию.

3. Смеси

Смеси - это физические сочетания чистых веществ, не имеющие определенного или чистого состава.

Примером смеси может служить обыкновенный чай (напиток), который многие самостоятельно готовят и пьют по утрам. Кто-то любит крепкий чай (большое кол-во заварки), кто-то любит сладкий чай (большое кол-во сахара)… Как видим, смесь под названием "чай" всегда получается немного разной, хотя и состоит из одних и тех же компонентов (ингредиентов). Однако, следует отметить, что каждый компонент смеси сохраняет набор своих характеристик, поэтому, разные вещества можно выделить из смеси. Например, можно без особого труда разделить смесь из соли и песка. Для этого достаточно поместить смесь в воду, подождать пока соль растворится и отфильтровать полученный раствор. В результате получим чистый песок.

Смеси могут быть однородными и неоднородными.

В однородной смеси нельзя обнаружить частицы веществ, из которых состоит смесь. Пробы, взятые в разных местах такой смеси будут одинаковы (например, сладкий чай, в котором полностью растворился насыпанный сахар).

Однако, если в стакане с чаем сахар растворится не полностью, то мы получим неоднородную смесь. Действительно, если попробовать такой чай, то с поверхности он будет не таким сладким, как со дна, т.к. концентрация сахара будет разной.

Существуют ли абсолютно чистые вещества? Вещества абсолютно чистые, в составе которых нет ни единого постороннего атома или молекулы? В природе таких веществ не существует. Любое вещество содержит определенное количество примесей. Даже хорошо очищенная вода не может считаться чистым веществом, так как в ней растворены кислород, углекислый газ, и другие газы, содержащиеся в воздухе. Все вещества в природе в том или ином виде являются смесями.

Если в веществе содержание посторонних веществ незначительно, то такие вещества условно считают чистыми.

Если из водопроводной воды в значительной мере удалить все растворенные в ней вещества, то такую воду можно считать чистым веществом. Растворимость газов воздуха в воде крайне мала и ею можно пренебречь.

Таким образом, все вещества и материалы в природе можно разделить на индивидуальные вещества и смеси веществ.

Представление о смесях и чистых веществах имели еще древнегреческие ученые. Согласно этим представлениям, чистое вещество состоит из частиц одного вида, а смеси состоят из различных частиц. Итак, чистое вещество состоит из одинаковых молекул, а смеси – из разных.

В смесях веществ свойства отдельных компонентов не меняются.

Смеси, в свою очередь, делят на однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

– смесь, в которой ее компоненты невозможно различить визуально

– смесь, в которой компоненты смеси можно различить визуально

Гомогенные смеси можно делить по агрегатному состоянию на твердые, жидкие и газообразные. Например, воздух – это гомогенная смесь различных газов. Гомогенными смесями являются сплавы металлов, растворы соли, сахара в воде.

Гетерогенные смеси могут быть различными. Рассмотрим два примера таких смесей. Первая смесь – смесь муки и воды. В данной смеси, после ее перемешивания, частицы муки какое-то время равномерно распределены в воде. Такие смеси называют суспензиями.

Суспензия – гетерогенная смесь, в которой частицы твердого вещества равномерно распределены в жидкости

Вторая смесь состоит из воды и подсолнечного масла. Данные жидкости не смешиваются друг с другом. Но если смесь энергично перемешать, то какое-то время капельки масла будут равномерно распределены в воде. Такие смеси называются эмульсиями.

Эмульсия – гетерогенная смесь, в которой частицы одной жидкости равномерно распределены в другой

Гетерогенные смеси могут состоять и из компонентов, находящихся в одном агрегатном состоянии. Например, смесь песка и древесных опилок – гетерогенная, так как ее компоненты легко различить визуально.

Существует множество способов, при помощи которых смеси веществ можно разделить на отдельные компоненты.

Способы разделения смесей

Действие магнита (магнитная сепарация)

Если в состав смеси входят порошки металлов, обладающих магнитными свойствами, то при помощи магнита эти металлы можно извлечь из смеси. Магнитными свойствами обладают такие металлы как железо, кобальт, никель . Необходимо просто рассыпать смесь по ровной поверхности и провести над ней магнитом. Частицы металла притянутся к магниту.

Отстаивание и декантация

Некоторые смеси можно разделить при помощи отстаивания и последующего сливания слоя жидкости с осевшего вещества (декантации). Данный способ основан на различной плотности веществ. Например, смесь древесных опилок и песка можно разделить при помощи данного метода. Смесь необходимо высыпать в стакан с водой. Тяжелые частицы песка осядут на дно, а легкие опилки будут плавать на поверхности воды. Осторожным сливанием верхнего слоя с опилками смесь будет разделена

Смесь двух твёрдых веществ, сильно различающихся по плотности, удобно разделять, пропуская через неё поток воды. Раньше так выделяли крупинки золота из измельчённой золотоносной породы. Золотоносный песок помещали на наклонный жёлоб, по которому пускали струю воды. Поток воды подхватывал и уносил пустую породу, а тяжёлые крупинки золота оседали на дне жёлоба.

Разделение смеси малорастворимых друг в друге жидкостей можно провести в делительной воронке. Например, смесь бензина и воды или подсолнечного масла и воды. Такие смеси быстро расслаиваются. При помощи делительной воронки нижний слой жидкости можно аккуратно слить, а верхний слой останется в воронке.

Фильтрование

Смеси, содержащие нерастворимые в воде вещества, можно разделить фильтрованием. В лаборатории для фильтрования используют стеклянную воронку, в которую вставлен фильтр - сложенный вчетверо круг фильтровальной бумаги. Фильтровальная бумага, в отличие от обычной, не содержит клеящих веществ, поэтому легко впитывает и пропускает жидкость. Размер пор в ней таков, что позволяет отделять от раствора частицы размером больше 0,01 мм.

Например, смесь из песка и поваренной соли следует всыпать в стакан с водой и хорошо перемешать стеклянной палочкой до полного растворения соли, песок при этом не растворится. Далее песок необходимо отделить от раствора соли, это можно сделать при помощи фильтрования. Фильтром будет служить специальная фильтровальная бумага.

После фильтрования раствора песок остается на бумажном фильтре, а раствор соли будет собран в стакане или колбе.

Фильтрованием легко очистить воду или раствор от попавших туда пылинок и других загрязнений, а также отделить осадок от раствора.

В промышленности в качестве фильтров часто используют ткани. Например, на маслобойных заводах измельчённые семена подсолнечника оборачивают плотной суконной тканью и сжимают между стальными плитами.

Растительное масло проходит через ткань, а внутри остаётся твёрдая масса - жмых.

Выпаривание

Метод выпаривания применяют для выделения растворителя из раствора, концентрирования раствора, кристаллизации растворенных веществ.

Раствор поваренной соли выливают в фарфоровую чашку, помещают в штативное кольцо и нагревают до полного испарения воды.

Перегонка

Способ разделения гомогенных смесей, основанный на различных температурах кипения веществ, называется перегонкой или дистилляцией.

Предположим, необходимо разделить смесь спирта и воды. Ни один из ранее рассмотренных способов не годится для разделения этой смеси.

Спирт и вода имеют различные температуры кипения. Так, вода кипит при +100°С а спирт при +78°С. При нагревании такой смеси спирт закипит раньше и начнет испаряться. Пары спирта поступают в холодильник – трубку, охлаждаемую проточной водой. В холодильнике пары спирта конденсируются в жидкость и собираются в колбе-приемнике. Вода остается в реакционной колбе. Таким образом, можно отделить спирт от воды. Схема установки для перегонки, представлена на рисунке.

• В природе нет абсолютно чистых веществ
• Однородная (гомогенная) смесь – смесь, в которой все ее компоненты находятся в одном агрегатном состоянии
• Неоднородная (гетерогенная) смесь – смесь, в которой компоненты смеси находятся в различных агрегатных состояниях
• Суспензия – гетерогенная смесь, в которой частицы твердого вещества равномерно распределены в жидкости
• Эмульсия – гетерогенная смесь, в которой частицы одной жидкости равномерно распределены в другой
• Основные способы разделения смесей: действие магнита, декантация, фильтрование, выпаривание, перегонка, экстракция