Всі існуючі предмети, рідини та гази є чистими речовинами і сумішами. Не знаючи, що вони таке, дуже легко їх сплутати. Як же відрізнити одне одного? Давайте розумітися.

Від елементів до речовини

На даний момент у світі відомо 118 хімічних елементів. Вони володіють своїми назвами та хімічними символами, які позначаються латинськими літерами. Кожен з них представляє один вид атомів, які мають певну кількість електронів, розташованих у строгому порядку.

Елементи – це своєрідні будівельні матеріали. Їх можна порівняти з цеглою: стикаючись, вони формують стіни, а то й цілу будівлю. Так, з'єднуючись один з одним, атоми одного елемента можуть «побудувати» просту речовину (кисень O 2 водень H 2 азот N 2 і т.д.). Складне, своєю чергою, утворюється від злиття різних елементів (вода H 2 O, аміак NH 3 і т.д.).

І в тому, і в іншому випадку є чистими речовинами. Чому? Тому що поєднання відбувається за допомогою хімічних реакцій. При цьому може виділятися чи поглинатися енергія.

Що таке суміш?

Суміш теж складається із двох або більше різних компонентів. Але її складовими частинами є не окремі елементиа речовини (можуть бути і складними, і простими). Суміші бувають гетерогенні та гомогенні.

Перші зрозуміти набагато простіше. Вони компоненти змішуються чисто механічно і спокійно відокремлюються друг від друга фільтрацією, магнітом, відстоюванням та інші методами. Гетерогенні суміші неоднорідні, які компоненти цілком зберігають індивідуальні властивості.

Прикладом такої освіти може бути додавання річкового піску у воду. Вони не зможуть змішатись і утворити нову речовину, і легко відокремлюються, якщо використовувати сито.

Гомогенні суміші утворюють однорідну на перший погляд речовину. Вони є газами, твердими або рідкими розчинами. Їхні компоненти теж зберігають первинні властивості, але не можуть бути відокремлені механічним способом. Для їхнього поділу використовують більш витончені методи: перегонку, кристалізацію, сорбцію (поглинання), екстракцію (розчинення одного компонента) тощо.

Типова гомогенна суміш – це повітря. Він складається з різних газів, крупинок пилу, крапель води. Морська вода також не є чистою речовиною. Крім власне води, у ній містяться солі металів (натрію, хлору, калію та інших).

Відмінності суміші від речовин

Деколи суміші та чисті речовини дуже просто переплутати. Наприклад, латунь має металевими властивостямиі зовні нагадує якийсь метал. Однак вона є сплавом, що складається з міді, цинку та інших компонентів (часто це буває олово, нікель, свинець, залізо).

У чому різниця? Головною відмінністю є те, що речовина – це повністю однорідне утворення. Розділити його складові можна, тільки використовуючи хімічні реакції. Властивості чистої речовини відрізняються від властивостей її компонентів окремо, вона є новою структурою і набуває інших якостей.

Крім того, речовина має постійний склад. Існує навіть спеціальний реєстр із переліком усіх відомих структур. Суміш, навпаки, не має чіткого складу. У тій же латуні може бути менше нікелю і більше іншого металу, але це все одно латунь. У чай, наприклад, можна додати більше або менше цукру, але чаєм він від цього не перестане. Якщо з молекули чистої води H 2 O прибрати кисень (O), це буде вода, а молекула водню - безбарвного газу.

Особливо чиста речовина

У природі частіше трапляються суміші, ніж речовини. Так, у земної коризалягає безліч мінералів, металевих руд та газів, але чистими їх назвати складно. Більшість із них містять домішки.

Для промислового виробництва вони зазвичай не підходять. Тому їх очищають і відокремлюють один від одного усілякими способами. Речовини, які містять настільки невеликий відсоток домішок, що вони не можуть вплинути на його властивості, називають ультрачистими або особливо чистими. Їх одержують за допомогою дуже ретельного очищення. Так, для створення напівпровідників потрібна максимально однорідна речовина, тому від домішок позбавляють не тільки матеріал для нього, а й повітря в приміщенні, де його виробляють.

Чисті речовини та суміші.

Речовин в індивідуальному стані у природі практично не існує. Вони змішані один з одним і утворюють суміші та розчини. Сумішами є морська та газована вода, молоко та сік, граніт та сталь.

Уявлення про суміші та чисті речовини мали ще давньогрецькі вчені. Згідно з цими уявленнями, чиста речовина складається з частинок одного виду, а суміші складаються з різних частинок. Отже, чиста речовина складається з однакових молекул, а суміші по різних.

Коли говорять про будь-яку речовину, завжди мають на увазі, що ця речовина є чистою і складається з частинок одного виду. Але на практиці ідеально чисту речовину виділити із суміші неможливо, тому що серед частинок однієї речовини обов'язково трапиться кілька частинок іншої речовини, тобто ідеально чистих речовин не буває. Навіть ті речовини, які називають чистими, містять сторонні частки інших речовин – домішки.

Зазвичай, зовсім чисті речовини не потрібні, проте іноді сторонні домішки можуть заважати проведенню дослідів. Тому коли йдеться про хімічні реактиви, обов'язково вказують ступінь чистоти, такі позначки можна побачити на банках з хімічними реактивами. Наприклад, якщо на етикетці написано «техн» (технічна), то в такій речовині домішок міститься багато, кілька відсотків. Для дослідів такі речовини зазвичай не використовують, хоча у будівництві, на заводах такого ступеня чистоти зазвичай цілком достатньо. Ступінь чистоти "М" (чиста) або "ХЧ" (хімічно чиста) означає, що домішок дуже мало, менше одного відсотка. "Чисті" реактиви можна використовувати для виробництва ліків, а "хімічно чисті" - для проведення наукових дослідів. Іноді потрібні дуже чисті речовини. Такі реактиви позначають знаком "ОСЧ" (особливо чисті). Вони містять, зазвичай, менше 10-6 відсотка домішок. Такі реактиви потрібні щодо дуже точних експериментів, і навіть під час виробництва мікросхем для комп'ютерів. Очищення речовин - це досить дорога операція, тому чим чистіша речовина, тим вона дорожча.

Найчастіше по зовнішньому виглядурозрізнити окремі речовини у суміші не вдається. Наприклад, ми не бачимо, що повітря – це суміш кількох газів. На вигляд також не можна визначити, що молоко є сумішшю різних речовин, а більшість металевих предметів, які нас оточують, виготовлені зі сплавів, а не з чистих металів. Такі суміші називають однорідними. Частинки, що утворюють однорідні суміші, настільки малі, що побачити їх неозброєним оком неможливо.

Тим часом у неоднорідних сумішахокремі речовини можна побачити неозброєним оком.

У суміші всі речовини (компоненти) зберігають свої властивості. Наприклад, якщо змішати залізний порошок з кухонною сіллю та піднести до цієї суміші магніт, то залізо залучено, а сіль – ні. А якщо до цієї суміші додати воду, то сіль розчиниться, а залізо не розчиниться. На цьому принципі ґрунтується виготовлення матеріалів, адже більшість матеріалів є сумішами. Наприклад, чисте золото – це дуже м'який та податливий метал. Така його властивість створює незручності для виготовлення більшості ювелірних виробів, тому золото обов'язково додають певну кількість срібла. Звичайно, колір такої суміші (сплаву) трохи відрізняється від кольору чистого золота, проте вироби з нього значно міцніші і не псуються від невеликого удару.

Існують суміші неоднорідні, окремі її компоненти видно неозброєним оком, наприклад, крупинки піску у воді. Але більшість сумішей, які оточують нас, є однорідними і зовні майже не відрізняються від чистих речовин. Чиста речовина завжди однорідна, тому навіть при значному збільшенні її складові-кристаліки або крупинки мають однаковий вигляд.

Суміші можна відрізнити від чистих речовин з відмінністю фізичних властивостей суміші від фізичних властивостей окремих компонентів. Незважаючи на те, що кожна речовина надає суміші своїх властивостей, суміш ніколи не має таких властивостей, як і чисті речовини окремо. Наприклад, суміш олова і свинцю (сплав) буде плавитися при температурі нижче температури плавлення чистого олова або свинцю. А чай або розчин цукру у воді кипітиме при вищій температурі, ніж чиста вода. У цьому випадку достатньо виміряти температуру плавлення або кипіння суміші та порівняти результат з даними з довідника.

Чисті речовини плавляться і киплять при температурі, а суміші – у невеликому інтервалі температур. Якщо в склянку покласти трохи снігу і опустити в нього термометром температура снігу не стане вищою за 0°С, поки вона не розтане. Якщо ж нагрівати парафін, то він починає плавитися за однієї температури, а коли стає зовсім рідким, термометр показуватиме вищу температуру. Отже, парафін є сумішшю речовин, які плавляться за різних температур.

Чисті речовини у природі зустрічаються дуже рідко. Суміші різних речовин у різних агрегатних станах можуть утворювати гетерогенні та гомогенні системи – дисперсні системи та розчини.

Класифікація дисперсних систем та розчинів представлена ​​на схемі 2.

Схема.Класифікація дисперсних систем та розчинів

Кожна речовина має властивий лише йому набором властивостей, проте ці властивості є цілком визначеними тільки для окремо взятої індивідуальної речовини, не змішаної з іншими речовинами. Тому потрібно відрізняти чисті речовини від сумішей речовин.

ЧИСТІ РЕЧОВИНИ

Фізичні та Хімічні властивостіпостійні, якщо речовина є чистою.

Прикладами практично чистих речовин можуть бути деякі метали, у яких вміст домішок не перевищує кількох сотих або тисячних часток відсотка по масі. Наприклад, мідь із чистотою 99,99 % чи зливки золота, у яких його вміст виражається цифрами 99,999 %. Це означає, що на 100 000 атомів металу припадає лише один інший атом.

Чистими називають речовини, які містять домішок інших речовин. Будь-яка чиста речовина має властивий тільки йому набір властивостей. Постійність властивостей є ознакою чистоти речовини.

СУМІШІ РЕЧОВИН

У природі речовини майже ніколи не зустрічаються у чистому вигляді. Одні речовини змішані разом із іншими утворюють суміші.

Якщо суміш майже повністю складається з однієї речовини, то її зазвичай називають так само, як і сама ця речовина. Приклади сумішей, з якими ви зустрічаєтеся повсякденному житті, дано на малюнку.

Можна помітити, що ці суміші складаються з кількох складових частин- Компонентів.

Мінерали - суміш кількох речовин

Молоко – неоднорідна суміш

РОЗДІЛ СУМІШІВ

Чисті речовини зустрічаються рідко, наприклад, хімічні лабораторії, в аптеці, на хімічних підприємствах (приклади чистих речовин – малюнку).

Щоб їх отримати, необхідно навчитися розділяти суміші та виділяти кожну речовину окремо. Для цього існують різні методиподілу сумішей.

РОЗДІЛ НЕОДНОРОДНИХ СУМІШІВ

Один з найбільш простих методівподілу відстоювання. Цей метод заснований на різної щільностікомпонентів суміші і може бути використаний для поділу неоднорідних сумішей двох рідких речовин (наприклад, бензин - вода), рідкої та твердої речовини (наприклад, пісок - вода).

Такий метод, як фільтрування, заснований на здатності деяких пористих матеріалів затримувати частинки, розмір яких більший за розміри пор цього матеріалу. За допомогою фільтрування можна розділити неоднорідні суміші твердої та рідкої речовин (крейда – вода, глина – вода).

Поділ сумішей різних речовин, за допомогою відстоювання та фільтрування

РОЗДІЛ ОДНОРІДНИХ СУМІШІВ

- Випарювання. Метод заснований на відмінності температур кипіння компонентів суміші і може бути використаний для поділу однорідних сумішей твердих та рідких речовин (сіль – вода, цукор – вода). Метод випарювання зазвичай використовується тоді, коли з однорідної суміші твердої та рідкої речовин необхідно виділити тільки тверду речовину.

Випарювання. Випарювання солі на соляному озері

- дистиляція (або перегонка)заснований на різниці температур кипіння компонентів суміші. Найчастіше дистиляцію застосовують для поділу однорідних сумішей кількох рідких компонентів або твердого та рідкого компонентів. На відміну від методу випарювання дистиляцію застосовують виділення із суміші всіх компонентів. У хімічних лабораторіях за допомогою цього методу одержують дистильовану воду, яка не містить розчинених солей. У країнах Близького Сходу цей метод широко використовується для отримання питної водиз морської.

Лабораторна установка для перегонки рідин

Отже, сьогодні ми дізналися:

Чистими називають речовини, які містять домішок інших речовин;

Чиста речовина має постійні властивості, за якими її можна відрізнити від інших речовин;

Суміші бувають однорідні та неоднорідні;

Виділити речовини з неоднорідної суміші можна за допомогою відстоювання та фільтрування;

Виділити речовини з однорідної суміші можна за допомогою випарювання та дистиляції.

Пройти тест з параграфу

Постарайтеся відповісти на наступне запитання: «Чи правильно вивчати властивості води, використовуючи для цього морську воду?». Звичайно, ні, тому що морська вода являє собою не чисту H 2 O, а суміш різних речовин в ній. Насамперед це солі (їх головну масу становить хлорид натрію), вони надають морській воді своєрідний гірко-солоний смак. Абсолютно кожна речовина, яку можна виділити з води, має певні властивості. Однак і сама вода, яка не забруднена сторонніми домішками або містить їх надзвичайно мало, – дистильована вода, має специфічними властивостями. Вона замерзає за температури 0°С, тоді як вода з океану – за нормальної температури – 1,9 °С.

Природна вода не може бути чистою. Найчистішою є дощова вода, проте вона містить певну кількість домішок, які захоплені з повітря.

У повсякденному житті ми зазвичай стикаємося не з чистими речовинами, а зі сумішами речовин. Подібні суміші можуть бути неоднорідними (наприклад, каламутна вода з річки, містить нерозчинні частинки піску і глини, їх можна помітити неозброєним оком) і однорідними (розчини цукру, спирту) в них не можна помітити межу поділу між речовинами.

Однорідні суміші можна розділити на рідкі, тверді та газоподібні. Найважливіша газоподібна суміш - повітря, він є сумішшю кисню, азоту, вуглекислого газу, аргону, а також інших речовин. З твердих сумішей можна виділити скло та різні сплави – бронзу, латунь, сталь.

Склад різних сумішей може бути досить різноманітним, вони на відміну від чистих речовин, мають інші властивості. Чиста водаперетворюється на кригу при температурі 0°С, якщо ми розчинимо в ній кухонну сіль, то температура її замерзання значно знизиться. Такими методами, наприклад, користуються працівники міського комунального господарства, що полінувалися, коли в період сильних заморозків і ожеледиці посипають тротуари технічною кухонною сіллю.

Склад сумішіможна встановити з допомогою хімічного аналізу. Подібний спосіб поширений, він необхідний при вирішенні найважливіших господарських проблем, а також науково-технічних завдань.

Контроль стану довкіллянеможливий без визначення концентрації домішок, які забруднюють повітря, воду та ґрунт. При розвідці різних корисних копалин використовується аналіз гірських порід та руд. Згадаймо Шерлока Холмса, відомого детектива, головного героя численних творів А. Конан Дойла: йому завжди вдавалося визначити винність або невинність підозрюваного за допомогою хімічного аналізу, на який йшла значна частина вільного часу детектива. Без хімічного аналізу неспроможна обійтися як археолог, і криміналіст, як медик, і мистецтвознавець. Крім цього, варто згадати і космічні дослідження, вивчення атмосферних газів планет, їх гірських порід, вивчення складу місячного ґрунту неможливе без проведення цього трудомісткого процесу.

За допомогою особливих технологій і методів із застосуванням хімічного аналізу можна створити особливо чисті речовини, вміст домішок у них, що відбивається на їх властивостях, не перевищує однієї стотисячної і навіть мільйонної відсотка. Такі речовини грають найважливішу роль атомній енергетиці, волоконної оптиці, напівпровідникової промисловості. Особливо чисті речовини, а точніше їх властивості, необхідні створення нових приладів чи технологічних процесів.

Однією з найважливіших проблем хімії є очищення речовин. Для очищення природної води від зважених частинок її пропускають через шар пористої речовини, наприклад вугілля, або обпаленої глини. Якщо ж йдеться про велику кількість води, то в таких ситуаціях використовують фільтри з піску та гравію.

Залишились питання? Чи не знаєте, як зробити домашнє завдання?
Щоб отримати допомогу репетитора – .
Перший урок – безкоштовно!

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Чиста речовинамістить частинки лише одного виду. Прикладами можуть бути срібло (містить лише атоми срібла), сірчана кислота і оксид вуглецю (IV) (містять лише молекули відповідних речовин). Усі чисті речовини мають постійні Фізичні властивостінаприклад, температуру плавлення (Т пл) і температуру кипіння (Т кип).

Речовина не є чистою, якщо містить якусь кількість однієї чи кількох інших речовин – домішок.

Забруднення знижують температуру замерзання та підвищують температуру кипіння чистої рідини. Наприклад, якщо додати до води сіль, температура замерзання розчину знизиться.

Сумішіскладаються з двох або більше речовин. Грунт, морська вода, повітря – це приклади різних сумішей. Багато суміші можуть бути поділені на складові – компоненти- На підставі відмінності їх фізичних властивостей.

Розрізняють гомогенні (однорідні) та гетерогенні (неоднорідні) суміші.Особливістю гомогенної сумішіє те, що між компонентами такої суміші немає поверхні розділу. У цьому випадку кажуть, що дана суміш є однофазний(фазачастина системи відокремлена з інших частин видимою поверхнею розділу). У межах однієї фази фізичні властивості компонентів зберігаються незмінними. До гомогенним системамвідносяться справжні розчини (розмір частинок розчиненої речовини співвідноситься з розмірами частинок розчинника і становить 10 -9 м).

Особливістю гетерогенної сумішіє те, що ми можемо спостерігати поверхню поділу між її компонентами. При переході з однієї фази компонента до іншої його властивості різко змінюються. Гетерогенні суміші інакше називаються дисперсні системи. Дисперсні системискладаються з дисперсійного середовища (розчинник, безперервна фаза) та дисперсної фази (розчиненої речовини або переривчастої фази)

До гетерогенним сумішамвідносяться дисперсні системи (розмір частинок розчиненої речовини значно перевищує розмір частинок розчинника і становить ≥10 -9 м). Суміші, у яких розмір частинок речовини становить 10 -7 -10 -9 м, відносяться до колоїдних систем.

До дисперсних систем належать:

Суспензії, суміш, що складається з твердої та рідкої фази (позначення Т/Ж; Т-дисперсна фаза, Ж – дисперсійне середовище)

Емульсії, суміш з 2-х і більше рідин, що не змішуються (позначення - Ж/Ж. Дисперсна фаза і дисперсійне середовище рідини розрізняються за щільністю і температурами кипіння).

Більш детально дані системи будуть розглянуті в темі розчини та дисперсні системи.

1.5. Методи поділу сумішей

Традиційними методами, що використовуються в лабораторній практиці з метою поділу сумішей на окремі компоненти, є:

фільтрування,

декантація (у хімічній лабораторній практиці та хімічній технології механічне відділення твердої фази дисперсної системи (суспензії) від рідкої шляхом зливання розчину з осаду),

поділ за допомогою ділильної вирви,

центрифугування,

випарювання,

кристалізація,

перегонка (у тому числі фракційна перегонка),

хроматографія,

сублімація та інші.

Фільтрування.Для відокремлення рідин від зважених у ній дрібних твердих частинок застосовують фільтрування (Рис.37), тобто. проціджування рідини через дрібнопористі матеріали – фільтри, які пропускають рідину та затримують на своїй поверхні тверді частинки. Рідина, що пройшла через фільтр і звільнена від твердих домішок, що знаходилися в ній, називається фільтратом.

У лабораторній практиці часто застосовують гладкі та складчасті паперові фільтри (рис.38)з непроклеєного фільтрувального паперу.

Для фільтрування гарячих розчинів (наприклад, з метою перекристалізації солей) застосовують спеціальну вирву для гарячого фільтрування(Рис.39)з електричним або водяним обігрівом).

Часто застосовують фільтрування під вакуумом. Фільтрування під вакуумом використовують для прискорення фільтрування та більш повного звільнення твердої фази від рідкої. Для цього збирають прилад для фільтрування під вакуумом (Рис.40). Він складається з колби Бунзена, порцелянової вирви Бюхнера, запобіжної склянки та вакуум-насоса(зазвичай водоструминного).

У разі фільтрування суспензії малорозчинної солі кристали останньої можуть бути промиті дистильованою водою на лійці Бюхнера для видалення їх поверхні вихідного розчину. Для цієї мети використовують промивалку(Рис.41).

Декантація. Рідини можуть бути відокремлені від нерозчинних твердих частинок декантацією (Рис.42). Цей метод можна застосовувати, якщо тверда речовина має велику щільністьніж рідина. Наприклад, якщо річковий пісок додати у склянку з водою, то при відстоюванні він осяде на дно склянки, бо щільність піску більша, ніж води. Тоді вода може бути відокремлена від піску просто зливанням. Такий метод відстоювання та подальшого зливання фільтрату і називається декантацією.

Центрифугування.Для прискорення процесу відділення дуже дрібних частинок, що утворюють рідини стійкі суспензії або емульсії, використовують метод центрифугування. Цим методом можна розділити суміші рідких та твердих речовинрозрізняються за щільністю. Розподіл проводиться у ручних чи електричних центрифугах (рис.43).

Поділ двох рідин, що не змішуються, мають різну щільність і не утворюють стійких емульсій, можна здійснити за допомогою ділильної вирви (Рис.44). Так можна розділити, наприклад, суміш бензолу та води. Шар бензолу (щільність  = 0,879 г/см 3 ) розташовується над шаром води, що має велику густину ( = 1,0 г/см 3 ). Відкривши кран ділильної лійки, можна акуратно злити нижній шар і відокремити одну рідину від іншої.

Випарювання(Рис.45)– цей метод передбачає видалення розчинника, наприклад, води з розчину в процесі нагрівання його у фарфоровій чашці. При цьому рідина, що випаровується, видаляється, а розчинена речовина залишається у випарювальній чашці.

Кристалізація- Це процес виділення кристалів твердої речовини при охолодженні розчину, наприклад, після його упарювання. Слід пам'ятати, що з повільному охолодженні розчину утворюються великі кристали. При швидкому охолодженні (наприклад при охолодженні проточною водою) утворюються дрібні кристали.

Перегонка- метод очищення речовини заснований на випаровуванні рідини при нагріванні з подальшою конденсацією парів, що утворилися. Очищення води від розчинених у ній солей (або інших речовин, наприклад, фарбуючих) перегонкою називається дистиляцією, а сама очищена вода – дистильована.

Фракційна перегонка (дистиляція)(Рис.46)застосовується для поділу сумішей рідин із різними температурами кипіння. Рідина з меншою температурою кипіння закипає швидше і раніше проходить через фракційну колонку(або дефлегматор). Коли ця рідина досягає верху фракційної колонки, то потрапляє в холодильник, охолоджується водою та через алонжзбирається в приймач(Колбу або пробірку).

Фракційною перегонкою можна розділити, наприклад, суміш етанолу та води. Температура кипіння етанолу 78 0 С, а води 100 0 С. Етанол випаровується легше і першим потрапляє через холодильник до приймача.

Лікування -метод застосовується для очищення речовин, здатних при нагріванні переходити з твердого стану в газоподібний, минаючи рідкий стан. Далі пари речовини, що очищається, конденсуються, а домішки, не здатні виганятися, відокремлюються.