Молоко однородная или неоднородная смесь. Чистые вещества и смеси

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.

Химия изучает вещества и их свойства. При их смешивании возникают смеси, которые приобретают новые ценные качества.

Что такое смесь

Смесью называют совокупность индивидуальных веществ. Их изготовлением занимаются не только ученые в лабораториях при наличии определенных условий. Каждый день мы начинаем с ароматного чая или кофе, в который добавляем сахар. Или варим вкусный суп, который обязательно необходимо посолить. Это и есть самые настоящие смеси. Только мы об этом абсолютно не задумываемся.

Если невооруженным глазом невозможно различить частички веществ - перед вами однородные смеси (гомогенные). Их можно получить, растворяя тот самый сахар в чае или кофе.

А вот если к сахару добавить песок, их частички можно различить без труда. Такую смесь считают неоднородной или гетерогенной.

При изготовлении смесей такого вида можно использовать вещества, находящиеся в разном твердом или жидком. Смесь молотого перца разного вида или другие приправы чаще всего являются именно неоднородными сухими составами.

Если в процессе приготовления гетерогенного продукта используется любая жидкость, то полученную массу называют взвесью. Причем различают их несколько видов. При смешивании жидкости с образуются суспензии. Их примером является смесь воды с песком или глиной. Когда строитель изготавливает цемент, повар смешивает муку с водой, ребенок чистит зубы пастой - все они используют суспензии.

Другая разновидность гетерогенных смесей может быть получена при смешивании двух жидкостей. Естественно, если их частички различимы. Капните растительного масла в воду - и получите эмульсию.

Однородные смеси

Самым известным из этой группы веществ является воздух. Каждый ученик знает, что в его состав входит ряд газов: азот, кислород, двуокись углерода, и примеси. Можно ли их рассмотреть и различить невооруженным глазом. Конечно, нет.

Таким образом, и воздух, и сладкая вода - однородные смеси. Они могут находиться в разных агрегатных состояниях. Но чаще всего используются жидкие однородные смеси. Они состоят их растворителя и растворенного вещества. Причем первым является компонент либо жидкий, либо взятый в большем объеме.

Вещества не могут растворяться в бесконечном количестве. Например, в литр воды можно добавить только два килограмма сахара. Дальше этот процесс просто не будет происходить. Такой раствор станет насыщенным.

Интересное явление представляют собой твердые гомогенные смеси. Так, водород без труда распределяется в различных металлах. Интенсивность процесса растворения зависит от многих факторов. Она увеличивается с повышением температуры жидкости и воздуха, при измельчении веществ и в результате их перемешивания.

Удивительным является тот факт, что в природе не существует абсолютно нерастворимых веществ. Даже ионы серебра распределяются между молекулами воды, образуя гомогенную смесь. Такие растворы находят широкое применение в быту и жизни человека. Например, всеми любимое и полезное молоко - однородная смесь.

Способы разделения смесей

Иногда возникает необходимость не только получить гомогенные растворы, но и разделить однородные смеси. Допустим, в доме есть только соленая вода, а нужно получить ее кристаллы отдельно. Для этого подобную массу выпаривают. Однородные смеси, примеры которых были приведены выше, чаще всего разделяют именно таким способом.

На основе различий в температуре кипения основана дистилляция. Всем известно, что вода начинает испаряться при 100 градусах по Цельсию, а этиловый спирт - при 78. Смесь данных жидкостей нагревают. Сначала испаряются пары спирта. Их конденсируют, то есть переводят в жидкое состояние, соприкасая с любой охлажденной поверхностью.

При помощи магнита разделяют смеси, в состав которых входят металлы. Например, железные и деревянные опилки. Растительное масло и воду отдельно можно получить при помощи отстаивания.

Гетерогенные и однородные смеси, примеры которых проиллюстрированы в статье, имеют важное хозяйственное значение. Полезные ископаемые, воздух, подземные воды, моря, пищевые продукты, строительные материалы, напитки, пасты - все это совокупность индивидуальных веществ, без которых жизнь была бы просто невозможна.

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.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 327.

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.

Чистое вещество содержит частицы только одного вида. Примерами могут служить серебро (содержит только атомы серебра), серная кислота и оксид углерода (IV) (содержат только молекулы соответствующих веществ). Все чистые вещества имеют постоянные физические свойства, например, температуру плавления (Т пл) и температуру кипения (Т кип).

Вещество не является чистым, если содержит какое-либо количество одного или нескольких других веществ – примесей .

Загрязнения понижают температуру замерзания и повышают температуру кипения чистой жидкости. Например, если в воду добавить соль, температура замерзания раствора понизится.

Смеси состоят из двух или более веществ. Почва, морская вода, воздух – все это примеры различных смесей. Многие смеси могут быть разделены на составные части – компоненты – на основании различия их физических свойств.

Различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные) смеси. Особенностью гомогенной смеси является то, что между компонентами такой смеси не наблюдается поверхности раздела. В этом случае говорят, что данная смесь является однофазной (фаза часть системы отделенная от других частей видимой поверхностью раздела). В пределах одной фазы физические свойства компонентов сохраняются постоянными. К гомогенным системам относятся истинные растворы (размер частиц растворенного вещества соотносится с размерами частиц растворителя и составляет ≤10 -9 м).

Особенностью гетерогенной смеси является то, что мы можем наблюдать поверхность раздела между ее компонентами. При переходе из одной фазы компонента в другую его свойства резко изменяются. Гетерогенные смеси иначе называются дисперсные системы. Дисперсные системы состоят из дисперсионной среды (растворитель, непрерывная фаза) и дисперсной фазы (растворенного вещества или прерывистой фазы)

К гетерогенным смесям относятся дисперсные системы (размер частиц растворенного вещества значительно превышает размер частиц растворителя и составляет ≥10 -9 м). Смеси, в которых размер частиц вещества составляет 10 -7 -10 -9 м, относятся к коллоидным системам.

К дисперсным системам относятся:

Суспензии, смесь, состоящая из твердой и жидкой фазы (обозначение Т/Ж; Т- дисперсная фаза, Ж – дисперсионная среда)

Эмульсии, смесь из 2-х и более несмешивающихся жидкостей (обозначение – Ж/Ж. Дисперсная фаза и дисперсионная среда жидкости различающиеся по плотности и температурам кипения).

Более подробно данные системы будут рассмотрены в теме растворы и дисперсные системы.

1.5. Методы разделения смесей

Традиционными методами, которые используются в лабораторной практике с целью разделения смесей на отдельные компоненты, являются:

фильтрование,

декантация (в химической лабораторной практике и химической технологии механическое отделение твёрдой фазы дисперсной системы (суспензии) от жидкой путём сливания раствора с осадка),

разделение с помощью делительной воронки,

центрифугирование,

выпаривание,

кристаллизация,

перегонка (в том числе фракционная перегонка),

хроматография,

возгонка и другие.

Фильтрование. Для отделения жидкостей от взвешенных в ней мелких твердых частиц применяют фильтрование (рис.37) , т.е. процеживание жидкости через мелкопористые материалы – фильтры , которые пропускают жидкость и задерживают на своей поверхности твердые частицы. Жидкость, прошедшая через фильтр и освобожденная от находившихся в ней твердых примесей, называется фильтратом .

В лабораторной практике часто применяют гладкие и складчатые бумажные фильтры (рис.38) , сделанные из непроклеенной фильтровальной бумаги.

Для фильтрования горячих растворов (например, с целью перекристаллизации солей), применяют специальную воронку для горячего фильтрования (рис.39) с электрическим или водяным обогревом).

Часто применяют фильтрование под вакуумом . Фильтрование под вакуумом используют для ускорения фильтрования и более полного освобождения твердой фазы от жидкой. Для этой цели собирают прибор для фильтрования под вакуумом (рис.40) . Он состоит из колбы Бунзена, фарфоровой воронки Бюхнера, предохранительной склянки и вакуум-насоса (обычно водоструйного).

В случае фильтрования суспензии малорастворимой соли кристаллы последней могут быть промыты дистиллированной водой на воронке Бюхнера для удаления с их поверхности исходного раствора. Для этой цели используют промывалку (рис.41) .

Декантация . Жидкости могут быть отделены от нерастворимых твердых частиц декантацией (рис.42) . Этот метод можно применять, если твердое вещество имеет большую плотность, чем жидкость. Например, если речной песок добавить в стакан с водой, то при отстаивании он осядет на дно стакана, потому что плотность песка больше, чем воды. Тогда вода может быть отделена от песка просто сливанием. Такой метод отстаивания и последующего сливания фильтрата и называется декантацией.

Центрифугирование. Для ускорения процесса отделения очень мелких частиц, образующих в жидкости устойчивые суспензии или эмульсии, используют метод центрифугирования. Этим методом можно разделить смеси жидких и твердых веществ, различающихся по плотности. Разделение проводится в ручных или электрических центрифугах (рис.43) .

Разделение двух несмешивающихся жидкостей, имеющих различную плотность и не образующих устойчивых эмульсий, можно осуществить с помощью делительной воронки (рис.44) . Так можно разделить, например, смесь бензола и воды. Слой бензола (плотность  = 0,879 г/см 3) располагается над слоем воды, которая имеет большую плотность ( = 1,0 г/см 3). Открыв кран делительной воронки, можно аккуратно слить нижний слой и отделить одну жидкость от другой.

Выпаривание (рис.45) – этот метод предусматривает удаление растворителя, например, воды из раствора в процессе нагревания его в выпарительной фарфоровой чашке. При этом выпариваемая жидкость удаляется, а растворенное вещество остается в выпарительной чашке.

Кристаллизация – это процесс выделения кристаллов твердого вещества при охлаждении раствора, например, после его упаривания. Следует иметь в виду, что при медленном охлаждении раствора образуются крупные кристаллы. При быстром охлаждении (например, при охлаждении проточной водой) образуются мелкие кристаллы.

Перегонка - метод очистки вещества основанный на испарении жидкости при нагревании с последующей конденсацией образовавшихся паров. Очистка воды от растворенных в ней солей (или других веществ, например, красящих) перегонкой называется дистилляцией , а сама очищенная вода – дистиллированной.

Фракционная перегонка (дистилляция) (рис.46) применяется для разделения смесей жидкостей с различными температурами кипения. Жидкость с меньшей температурой кипения закипает быстрее и раньше проходит через фракционную колонку (или дефлегматор ). Когда эта жидкость достигает верха фракционной колонки, то попадает в холодильник , охлаждается водой и через аллонж собирается в приемник (колбу или пробирку).

Фракционной перегонкой можно разделить, например, смесь этанола и воды. Температура кипения этанола 78 0 С, а воды 100 0 С. Этанол испаряется легче и первым попадает через холодильник в приемник.

Возгонка – метод применяется для очистки веществ, способных при нагревании переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Далее пары очищаемого вещества конденсируются, а примеси, не способные возгоняться, отделяются.