Чистые вещества и смеси: полный разбор темы для успешной сдачи ОГЭ по химии

Чистые вещества и смеси

Каждое вещество содержит примеси. Чистым считают вещество, в котором примесей почти нет.

Смеси веществ бывают однородными и неоднородными. В однородной смеси компоненты невозможно обнаружить наблюдением, а в неоднородной смеси это возможно.

Некоторые физические свойства однородной смеси отличаются от свойств компонентов.

В неоднородной смеси свойства компонентов сохраняются.

Неоднородные смеси веществ разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда - действием магнита, а однородные - выпариванием и перегонкой (дистилляцией).

Чистые вещества и смеси

Мы живем среди химических веществ. Мы вдыхаем воздух, а это смесь газов (азота, кислорода и других), выдыхаем углекислый газ. Умываемся водой - это еще одно вещество, самое распространенное на Земле. Пьём молоко - смесь воды с мельчайшими капельками молочного жира, и не только: здесь еще есть молочный белок казеин, минеральные соли, витамины и даже сахар, но не тот, с которым пьют чай, а особый, молочный - лактоза. Едим яблоки, которые состоят из целого набора химических веществ - здесь и сахар, и яблочная кислота, и витамины... Когда прожеванные кусочки яблока попадают в желудок, на них начинают действовать пищеварительные соки человека, которые помогают усваивать все вкусные и полезные вещества не только яблока, но и любой другой пищи. Мы не только живем среди химических веществ, но и сами из них состоим. Каждый человек - его кожа, мышцы, кровь, зубы, кости, волосы построены из химических веществ, как дом из кирпичей. Азот, кислород, сахар, витамины - вещества природного, естественного происхождения. Стекло, резина, сталь – это тоже вещества, точнее, материалы (смеси веществ). И стекло, и резина - искусственного происхождения, в природе их не было. Совершенно чистые вещества в природе не встречаются или встречаются очень редко.

Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым. С такими веществами работают в научной лаборатории, школьном химическом кабинете. Заметим, что абсолютно чистых веществ не существует.

Индивидуальное чистое вещество обладает определённым набором характеристических свойств (постоянными физическими свойствами). Только чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип= 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь - целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Смесями являются почти все природные вещества, продукты питания (кроме соли, сахара, некоторых других), многие лекарственные и косметические средства, товары бытовой химии, строительные материалы.

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Каждое вещество, содержащееся в смеси, называют компонентом.

Классификация смесей

Существуют однородные и неоднородные смеси.

Однородные смеси (гомогенныe)

Добавим небольшую порцию сахара в стакан с водой и будем перемешивать, пока весь сахар не растворится. Жидкость будет иметь сладкий вкус. Таким образом, сахар не исчез, а остался в смеси. Ho его кристалликов мы не увидим, даже рассматривая каплю жидкости в мощный микроскоп. Приготовленная смесь сахара и воды является однородной в ней равномерно перемешаны мельчайшие частицы этих веществ.

Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить наблюдением, называют однородными.

Большинство металлических сплавов - также однородные смеси. Например, в сплаве золота с медью (его используют для изготовления ювелирных украшений) отсутствуют красные частицы меди и желтые частицы золота.

Из материалов, которые являются однородными смесями веществ, изготовляют много предметов разнообразного назначения.

К однородным смесям принадлежат все смеси газов, в том числе и воздух. Существует немало однородных смесей жидкостей.

Однородные смеси еще называют растворами, даже если они твердые или газообразные.

Приведём примеры растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

Неоднородные смеси (гетерогенныe)

Вам известно, что мел не растворяется в воде. Если его порошок всыпать в стакан с водой, то в образовавшейся смеси всегда можно обнаружить частицы мела, которые видны невооруженным глазом или в микроскоп.

Смеси, в которых компоненты можно обнаружить наблюдением, называют неоднородными.

К неоднородным смесям относятся большинство минералов, почва, строительные материалы, живые ткани, мутная вода, молоко и другие продукты питания, некоторые лекарственные и косметические средства.

В неоднородной смеси физические свойства компонентов сохраняются. Так, железные опилки, смешанные с медными или алюминиевыми, не теряют способности притягиваться к магниту.

Некоторые виды неоднородных смесей имеют специальные названия: пена (например, пенопласт, мыльная пена), суспензия (смесь воды с небольшим количеством муки), эмульсия (молоко, хорошо взболтанные растительное масло с водой), аэрозоль (дым, туман).

Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества. Существует много методов разделения смесей. Их выбирают, учитывая тип смеси, агрегатное состояние и различия в физических свойствах компонентов.

Способы разделения смесей

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей.

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография.

Если подвесить полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.

С помощью хроматографии русский ботаник М. С. Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности.

Чистое вещество имеет постоянный состав.

Чистое вещество обладает постоянными физическими свойствами (tкип, tплав, ρ и др.)

Смесь – это комбинация  нескольких веществ.

С жидкими смесями в повседневной жизни вы сталкиваетесь постоянно. Шампуни и напитки, микстуры и препараты бытовой химии.

Широко распространены и твердые смеси: почва, глина, песок – это тоже смеси. К твердым смесям можно отнести стекло, керамику, сплавы. 

Каждому знакомы кулинарные смеси или смеси, образующие стиральные порошки.

 Примеры смесей: воздух, молоко, сплавы металлов, растворы, дым, туман, бетон, чугун и другие

Смеси делятся на однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные)

Однородная смесь - это смесь, где вещества находятся в одной фазе, их называют еще гомогенными. пример: раствор серной кислоты - это смесь воды и кислоты, и они все в жидком состоянии

Неоднородная смесь - это смесь, где вещества находятся в разных фазах. например твердое и жидкое или газообразное и жидкое. пример - песок в воде. другое название - гетерогенные системы. при этом часто из-за разности плотности смеси имеют границу раздела фаз - песок оседает на дно и мы видим границу. а в однородной смеси границы нет.

                        РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ

В неоднородных смесях вещества можно разделить:

отстаиванием,

фильрованием,

действием магнитом (магнитной сегрегацией).

МЕТОД       ОТСТАИВАНИЯ.

 В его основе лежит различная плотность веществ. Если частички твердого вещества достаточно крупные, они быстро оседают на дно, а жидкость становится прозрачной  Ее можно осторожно слить с осадка. 

Чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь.

Отстаиванием разделяют и смеси двух нерастворимых друг в друге жидкостей. Если в систему смазки автомобиля попала вода, масло придется слить. Однако через некоторое время смесь расслоится. 

Вода, имеющая бóльшую плотность, образует нижний слой, сверху отстоится слой масляный. Аналогично отстаивается смесь воды и нефти, воды и растительного масла. 

ФИЛЬТРОВАНИЕ

Механическое отделение твердого нерастворимого компонента раствора с помощью пористой перегородки (фильтра) 

ДЕЙСТВИЕ МАГНИТОМ

Способы разделения веществ в однородных смесях:

выпаривание,

кристаллизация,

дистилляция,

экстракция.

ВЫПАРИВАНИЕ 

Процесс концентрирования растворов твердых растворимых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости. 

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ  

Выделения твёрдого нерастворимого вещества в виде кристаллов из растворов или расплавов путем охлаждения.

ДИСТИЛЛЯЦИЯ (ПЕРЕГОНКА)

Отделение жидкостей с различной температурой кипения за счет испарение жидкости с низкой температурой кипения  с последующим охлаждением и конденсацией паров.

ЭКСТРАКЦИЯ 

Метод извлечения вещества из раствора или с помощью подходящего растворителя. 

Для извлечения из раствора применяются растворители, не смешивающиеся с этим раствором.

Растворы (дисперсные системы)

Растворы – это физико-химические дисперсные системы состоящие из двух или более компонентов.

Растворимость – это способность данного вещества растворятся в данном растворителе и при данных условиях. Растворимость зависит от нескольких факторов: от природы растворителя и растворенного вещества; от температуры; от давления. 

Растворимость газов в жидкостях увеличивается с повышением давления и понижением температуры.

При нагревании растворимость газов уменьшается, а кипячением можно полностью добиться освобождения раствора от газа.

Растворимость жидкости в жидкости увеличивается с повышением температуры и практически не зависти от давления.

Растворимость твердых веществ в жидкостях увеличивается при повышении температуры и не зависти от давления. 

Раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое его количество, называется ненасыщенным раствором. 

Раствор, содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок, называется пересыщенным раствором.

Концентрация — величина, характеризующая количественный состав раствора.

Согласно  правилам ИЮПАК,  концентрацией растворённого  вещества  (не раствора)   называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора  (моль/л, г/л). 

                    Способы выражения концентрации растворов

1. Процентная концентрация, массовая доля растворённого вещества

Массовая доля растворённого вещества - это отношение массы растворённого вещества к массе раствора.  

Для расчёта процентной концентрации используется формула:

Объемная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах. 

где: V (в-ва) — объём растворённого вещества, л;   V(р-ра) — общий объём раствора, л. 

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/268180-chistye-veschestva-i-smesi