Чистые вещества и смеси

Каждый из нас в повседневной жизни имеет дело как с чистыми, так и с загрязненными веществами и, конечно же, со смесями веществ. Данный урок посвящен изучению понятий «чистое вещество», «загрязненное вещество», «смесь веществ». Вы научитесь по определенным признакам различать чистые вещества и смеси веществ.

I. Понятие “компонент”, “смесь”, “примесь”

В повседневной жизни каждый из нас сталкивается со множеством смесей веществ, имеет дело не только с чистыми, но и загрязненными веществами. Важно уметь различать данные понятия и уметь определять по конкретным признакам, с чем имеешь дело: чистым или загрязненным веществом, индивидуальным веществом или смесью веществ. Ведь человек хочет употреблять только ту воду, которая не содержит вредных примесей. Дышать мы хотим воздухом, не загрязненным вредными для здоровья газами. В медицине и производстве лекарственных препаратов проблема получения и использования чистых веществ особенно актуальна.

Познакомимся с основными терминами урока.

Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем:

«Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Современное определение:

Смесь – это то, что образуется при перемешивании двух и более различных по свойствам веществ.

Вещества, составляющие смесь, называют компонентами. Например, воздух – смесь газов: азота, кислорода, углекислого газа и других.

Если масса одного компонента в десятки раз меньше массы другого компонента смеси, то его называют примесью. Говорят, что вещество загрязнено. Например, воздух может быть загрязнен угарным газом, продуктом неполного сгорания органических соединений, в частности бензина. Кстати, бензин – это смесь органических веществ – углеводородов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СМЕСЕЙ

Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду. Например, соленая вода (смесь поваренной соли и воды) и смесь речного песка и воды. В первом случае нельзя увидеть границы раздела фаз твердое-жидкое. Такую смесь называют однородной (или гомогенной). Другими примерами однородных смесей являются уксус (смесь уксусной кислоты и воды), воздух, сахарный сироп.

Смесь речного песка и воды относят к неоднородным (или гетерогенным) смесям, т.к. состав такой смеси неодинаков в разных точках объема. Неоднородными являются смеси глины и воды, бензина и воды.

В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями.

II. Степень частоты вещества

Если примеси не обнаруживаются при использовании вещества в технических целях, то вещество называется технически чистым. Например, вещество, из которого делают фиолетовые чернила, может иметь в своем составе примеси. Но если эти примеси никак не влияют на качество чернил, то оно - технически чистое.

Если примеси не обнаруживаются с помощью химических реакций, то вещество относят к химически чистым. Например, это дистиллированная вода.

III. Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей.

Пример смеси	Способ разделения
Суспензия– смесь речного песка с водой	Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. Так же можно разделить и эмульсию: отделить нефть или растительное масло от воды. В лаборатории это можно сделать с помощью делительной воронки. Нефть или растительное масло образует верхний, более легкий слой. В результате отстаивания выпадает роса из тумана, осаждается сажа из дыма, отстаиваются сливки в молоке. Опыт: “Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием”
Смесь песка и поваренной соли в воде	Фильтрование На чем основано разделение гетерогенных смесей с помощью фильтрования? На различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»). Опыт: “Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием”
Смесь порошка железа и серы	Действие магнитом или водой Порошок железа притягивался магнитом, а порошок серы – нет. Несмачивающийся порошок серы всплывал на поверхность воды, а тяжелый смачивающийся порошок железа оседал на дно. Опыт: “Разделение смеси серы и железа с помощью магнита и воды”
Раствор соли в воде – гомогенная смесь	Выпаривание или кристаллизация Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остаются кристаллы соли. При выпаривании воды из озер Эльтон и Баскунчак получают поваренную соль. Этот способ разделения основан на различии в температурах кипения растворителя и растворенного вещества.Если вещество, например сахар, разлагается при нагревании, то воду испаряют неполностью – упаривают раствор, а затем из насыщенного раствора осаждают кристаллы сахара.Иногда требуется очистить от примесей растворители с меньшей температурой кипения, например воду от соли. В этом случае пары вещества необходимо собрать и затем сконденсировать при охлаждении. Такой способ разделения гомогенной смеси называется дистилляцией, или перегонкой. В специальных приборах – дистилляторах получают дистиллированную воду, которую используют для нужд фармакологии, лабораторий, систем охлаждения автомобилей. Если же разделять смесь спирта и воды, то первым будет отгоняться (собираться в пробирке-приемнике) спирт с t_кип = 78 °С, а в пробирке останется вода. Перегонка используется для получения бензина, керосина, газойля из нефти. Опыт: “Разделение однородных смесей”
Смесь красных чернил	Хроматография Этот способ основан на различном поглощении разделяемых веществ поверхностью другого вещества. Например, красные чернила можно разделить на компоненты (воду и красящее вещество) посредством хроматографии.
Активированный уголь	Адсорбция Это накопление одного вещества на поверхности другого вещества. К адсорбентам относится, например, активированный уголь. В настоящее время адсорбция широко применяется для очистки воды и воздуха. Например, фильтры для очистки воды содержат в качестве адсорбента активированный уголь.