Что такое однородная смесь в химии
Чистые вещества и смеси
Смеси
Смесь — это совокупность из двух или большего числа различных веществ, химически не соединённых между собой. Вещества в смеси могут находиться в любых соотношениях.
Пример. Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, состоящую из кислорода, азота и других газов.
Вещества, которые входят в состав смеси, называются компонентами смеси.
Смеси делятся на однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).
Однородные (гомогенные) смеси — это смеси, в которых невооружённым глазом или даже с помощью микроскопа нельзя обнаружить компоненты, входящие в состав смеси.
Пример. Вода с растворённым в ней сахаром, воздух, большинство металлических сплавов — однородные смеси.
Однородные смеси иначе ещё называются растворами. Раствор — это однородная смесь, которая состоит из растворённого вещества и растворителя.
Физические свойства однородных смесей могут отличаться от свойств их компонентов.
Пример. Вода закипает при температуре 100 °C, а водный раствор соли — при более высокой температуре. Сплав олова со свинцом, используемый для паяния, плавится при более низкой температуре, чем чистые металлы.
Неоднородные (гетерогенные) смеси — это смеси, в которых невооружённым глазом или при помощи микроскопа можно увидеть компоненты, входящие в состав смеси.
Пример. Вода с песком, живые ткани, мутная вода, молоко — неоднородные смеси.
В неоднородных смесях физические свойства компонентов сохраняются.
Пример. Вода с песком закипает при температуре 100 °C.
Неоднородные смеси иначе ещё называются механическими смесями.
По агрегатному состоянию смеси можно разделить на три группы:
Чистые вещества
Чистое вещество — это вещество, состоящее из частиц только одного вещества. Абсолютно чистые вещества получить невозможно, поэтому чистыми веществами условились называть такие вещества, в которых почти нет примесей. Примесь — это вещество, содержащееся в основном веществе в очень малом количестве.
Чистые вещества делятся на простые и сложные.
Простые вещества — это вещества, которые состоят из атомов одного химического элемента.
Пример. Кислород (O2), аргон (Ar), азот (N2) — простые вещества.
Сложные вещества — это вещества, которые состоят из атомов разных химических элементов.
Пример. Вода (H2O), углекислый газ (CO2), поваренная соль (NaCl) — сложные вещества.
Сложные вещества иначе ещё называются химическими соединениями.
Вещества и смеси в химии — чем отличаются
Что такое чистое вещество — понятие
Чистые вещества — индивидуальные, состоящие из частиц одного типа. Чистое вещество может являться простым веществом (состоять из атомов одного элемента) или соединением (состоять из атомов нескольких элементов). Такие вещества необходимы для изучения их индивидуальных свойств и для получения новых соединений. Например, дистиллированная вода является чистым веществом, так как состоит из одинаковых частиц, которые являются молекулами воды.
Чем отличается от смеси, пример
Смесь — система, образующаяся при смешивании нескольких различных по свойствам веществ. Их называют компонентами смеси. Примесь — компонент, который обладает массой в десятки раз меньшей массы другого компонента.
Отличия чистых веществ от смеси:
Однородные и неоднородные смеси
Смеси можно классифицировать по агрегатному состоянию и внешним признакам. Смеси могут находиться в газообразном, жидком и твердом агрегатном состоянии.
Однородные или гомогенные смеси — те, в которых вещества находятся в раздробленном состоянии на микроуровне. Невооруженным глазом или с помощью микроскопа нельзя увидеть границу между компонентами.
Неоднородные или гетерогенные смеси — вид смесей, в которых частицы различных компонентов можно обнаружить невооруженным глазом или с помощью микроскопа.
Для классификации смесей обращают внимание на агрегатное состояние того вещества, в среде которого оказывается распределено другое вещество. Для таких систем также вводятся условные обозначения: агрегатное состояние частиц, распределенных в среде, агрегатное состояние среды.
Распространенным примером однородных газообразных смесей является воздух, который является смесью азота, кислорода, аргона, углекислого газа, водяного пара и других примесей.
К неоднородным газовым смесям относятся туманы (частицы жидкости в газе) и дымы (твердое в газе), имеющие общее название — аэрозоли.
Растворами называют жидкие однородные смеси. Примеры: морская вода; медицинский спирт; нашатырный спирт.
К неоднородным жидким смесям относятся, например взвесь песка в воде, молоко (капельки жира в жидкости), мыльная пена (пузырьки газа в жидкости).
К однородным твердым смесям относятся сплавы, например, латунь — сплав меди с цинком.
К неоднородным твердым смесям относятся, например пемза (пузырьки газа в твердом веществе), жемчуг, гранит.
Методы разделения смесей и очистки веществ
Неоднородные смеси неустойчивы во времени под действием силы тяжести. Поэтому в них происходит самопроизвольный процесс разделения смесей — отстаивание. Составные вещества с меньшей плотностью всплывают, а с большей — оседают. Например, так можно отделить мел от воды.
Для ускорения процесса осаждения вещества используют центрифугирование — разделение смеси под действием центробежной силы, для этого используются аппараты со вращающимися емкостями (центрифуги). При вращении твердые частицы оседают на дно, легкие — всплывают на поверхность.
После отстаивания или центрифугирования надосадочную жидкость отделяют от осадка методом декантации (сливают с осадка).
Для разделения смесей веществ, агрегатные состояния веществ в которых различаются, используют также фильтрование. В процессе фильтрования смесь пропускают через пористый материал — фильтр, на нем задерживаются частицы с размером большим, чем размеры пор. Жидкость и частицы меньшего размера проходят через фильтр.
В частных случаях неоднородные смеси разделяют благодаря магнитным свойствам компонентов. Это называется магнитная сепарация. Взаимодействие частиц железа с магнитом позволяет отделить их от смеси с порошком серы.
Если смесь является раствором тугоплавкого твердого вещества в жидкости используют выпаривание. Смесь нагревают до полного или частичного испарения жидкости, в результате в емкости остается твердое вещество.
Для разделения жидких однородных смесей используют метод дистилляции или перегонки. Смесь нагревают, при этом компоненты испаряются поочередно, начиная с самого легкокипящего. Пары отводят, конденсируют на холодных поверхностях, в результате получают индивидуальные компоненты.
Так получают, например, очищенную от примесей воду, именно из-за этого ее называют дистиллированной. Этот метод также широко применяется в нефтяной промышленности для разделения на фракции.
На каких свойствах веществ основано разделение смесей
Можно сделать вывод: разделение смесей основано на том, что у компонентов различается плотность, магнитные свойства, агрегатное состояние, температура кипения и другие свойства.
Виды однородных смесей и способы их разделения
Однородные смеси в химии — определение понятия
Смесью в химии называют систему, содержащую два или более разных вещества, которые не реагируют друг с другом.
Концентрация веществ в смеси может меняться в широких пределах. В качестве примера смеси можно привести воздух в атмосфере. Он представляет собой смесь газов, в состав которой входят:
Компоненты смеси являются веществами, входящими в состав смеси.
Выделяют следующие классы смесей:
Однородные (гомогенные) смеси — представляют собой смеси, в которых невооруженным глазом или через микроскоп не получится выявить компоненты, входящие в состав.
Примерами гомогенной смеси являются вода, в которой растворен сахар, а также воздух и превалирующая часть металлических сплавов. Все перечисленные вещества представляют собой однородные смеси.
Для приготовления однородной смеси можно добавить в стакан с водой какое-то количество сахара. В процессе интенсивного перемешивания такой массы сахар растворяется, а жидкость становится сладкой на вкус. В результате сахар не исчезает, а становится компонентом смеси. Однако происходят изменения, в результате которых кристаллы сахара невозможно рассмотреть даже с помощью мощного микроскопа. Полученная субстанция из сахара и воды представляет собой однородную смесь с равномерно перемешанными мельчайшими частицами данных веществ.
По-другому однородные смеси называют растворами. Это однородная смесь, состоящая из растворенного вещества и растворителя.
Однородные смеси отличаются по физическим свойствам. Определяющим фактором являются свойства составных компонентов. К примеру, вода кипит при 100 °C, а водный раствор соли может закипать при более высокой температуре. При охлаждении воды до температуры 0 °С, данное вещество трансформируется в лед. Раствор соли при аналогичных условиях сохраняет жидкое агрегатное состояние, а замерзание происходит при температуре ниже 0 °С.
Сплав из олова и свинца, который применяют для паяния, плавится при более низкой температуре по сравнению с чистыми металлами.
Однородной смесью также является раствор спирта и воды. Определение раствора применимо к смесям не только в жидком, но и в твердом или газообразном агрегатном состоянии.
Виды гомогенных смесей и способы их разделения
Классификация гомогенных смесей:
Воздух является гомогенной смесью газообразных веществ. Чистый воздух состоит из следующих компонентов:
Примерами однородных смесей газов являются природный газ и попутный нефтяной газ. Данные вещества состоят из газообразных углеводородов:
Растворами в распространенных случаях называют смеси веществ в жидком агрегатном состоянии. Однако термин распространяется и на газы, и на твердые вещества. В широком понимании, раствор представляет собой любую однородную смесь веществ.
Одним из самых ценных растворов природного происхождения является нефть. В результате переработки этой смеси получают следующие материалы:
Перечисленные вещества являются смесями из разнообразных углеводородов.
Для приготовления раствора требуется вещество в виде жидкости, газа или твердого материала смешать с растворителем. Роль растворяющих компонентов могут играть вода, спирт, ацетон и другие подобные вещества. Получение нашатырного спирта, к примеру, основано на растворении в воде газообразного аммиака. Получить тинктуру йода можно путем растворения кристаллического йода в этиловом спирте (этаноле).
Сплавы представляют собой твердые растворы. Данные материалы получают путем обработки металлов. Состав сплава может включать большое количество разнообразных веществ. В современном мире высоко ценятся сплавы железа в виде чугуна и стали. В чугуне содержится свыше 2% углерода, а в стали — концентрация углерода меньше.
Другими распространенными составными компонентами железных сплавов являются:
С целью придания сталям каких-либо специфических свойств используют процесс легирования, то есть вводят в состав металла особые примеси. К примеру, сталь с повышенной ударопрочностью содержит марганец в высокой концентрации. В процессе выплавки нержавеющей стали в состав материала вводят добавку в виде хрома.
В современной промышленности активно используют сплавы алюминия. Такие материалы обладают легкостью и хорошими прочностными характеристиками. Сплавы алюминия, как правило, содержат следующие компоненты:
Человек достаточно давно использует медные сплавы, что известно из истории. Бронза представляет собой сплав меди с оловом, а латунь — сплав меди и цинка. Современные технологии металлургического производства допускают применение в выплавке медных сплавов и других металлов, в том числе, алюминия, никеля, свинца.
Какими методами можно такие смеси разделить
Существует несколько основных методов разделения гомогенных смесей:
Метод выпаривания (кристаллизации) основан на различии в температурах, при которых можно наблюдать кипение растворителя и растворенного вещества. С помощью данной методики выделяют растворимые твердые вещества из раствора. В распространенных случаях технология выпаривания включает несколько стадий:
В процессе происходит постепенное испарение воды или другого растворителя. В результате на дне чаши остается твердое вещество.
Конденсация — является фазовым переходом вещества из состояния газа или пара в жидкое или твердое состояние.
В результате конденсации вещество, которое испарилось, к примеру, вода или другой растворитель, может быть собрано в виде конденсата на более холодной поверхности. Действие данного метода можно объяснить таким образом: при помещении холодного предметного стекла над выпаривательной чашей легко заметить на его поверхности воду в виде капель. По аналогичному принципу работает метод дистилляции (перегонки).
Смесь веществ нагревают, при этом компоненты при повышении температуры испаряются поочередно, начиная с самого легкокипящего. Пары компонента отводят и конденсируют, таким образом разделяют смесь.
В том случае, когда вещество, к примеру, сахар, в процессе нагрева разлагается, воду испаряют не полностью. После упаривания раствора до насыщенного состояния кристаллы сахара выпадают в осадок.
Возникают ситуации, когда необходимо удалить примеси из состава растворителей, например, очистить воду от соли. Тогда растворитель испаряют, а его пары собирают и конденсируют при понижении температуры. Данный метод разделения однородной смеси также носит название дистилляция, или перегонка.
В природном мире невозможно обнаружить чистую воду, не содержащую каких-либо примесей. Растворами солей в воде являются океаническая, морская, речная, колодезная, родниковая вода. Чистая вода без солей нередко используется в моторах автомобилей, на химических производствах, где получают разные вещества и растворы, при изготовлении фотографий. Такая вода является дистиллированной (полученной в результате дистилляции) и подходит для применения в лабораториях в процессе постановки разных химических экспериментов.
С помощью перегонки разделяют такие вещества, как:
Хроматография — является способом разделения и исследования смесей веществ.
Данный метод основан на неодинаковых скоростях, с которыми распределяется изучаемое вещество между двумя фазами:
Неподвижная фаза в распространенных случаях является сорбентом с развитой поверхностью, то есть мелкодисперсным порошком. В качестве примера можно привести оксид алюминия или оксид цинка. Подвижная фаза представляет собой поток газа или жидкости. Поток подвижной фазы фильтруется при прохождении сквозь слой сорбента, либо движется вдоль слоя сорбента, к примеру, по поверхности фильтровальной бумаги.
Рассмотреть метод хроматографии на практике и получить хроматограмму можно, если смешать некоторое количество чернил. После нанесения капли смеси на фильтровальную бумагу следует в ее середину приливать по каплям чистую воду. При этом каждая капля вносится после впитывания предыдущей. Вода выполняет функцию элюэнта, с помощью которого изучаемое вещество переносится по сорбенту в виде пористой бумаги.
Вещества, являющиеся составными компонентами смеси, задерживаются бумагой неодинаково. Можно заметить, что одни из них хорошо удерживаются, а другие — впитываются труднее и в течение некоторого времени растекаются, соединяясь с водой. После недолгого ожидания наблюдатель начнет распознавать на листе красочную хроматограмму с пятнами одного цвета в центре и разноцветными концентрическими кольцами по кругу.
В синтезе органических веществ активно используют тонкослойную хроматографию. Преимущество данного метода заключается в максимально простом и высокочувствительном способе детектирования в виде визуального контроля. Пятна, которые невозможно визуально различить, проявляются с помощью разных реактивов, а также ультрафиолетового излучения или авторадиографии.
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Начнем с определений
Чистое вещество состоит из молекул одного вида.
Чистые вещества могут быть элементного состава (т.е. состоять из элементов одного вида) — простые вещества:
Чистые вещества — соединения — сложные вещества — состоят из молекул одного вида.
В природе не существует абсолютно чистых веществ. Например, особо чистый алюминий содержит 0,001% примесей.
Даже когда мы считаем воду чистой, то должны понимать, что там есть примеси. Даже дистиллированная вода не может считаться абсолютно чистым веществом — это тоже смесь, только примесей в ней намного меньше, чем в обычной воде.
Фильтрованная вода — тоже не чистое вещество, а смесь растворимых компонентов и воды, водопроводная — тем более!
Смеси — содержит молекулы нескольких видов.
Однородные смеси (гомогенные)
«Гомо» — означает «одинаковый». Т.е. вещества в гомогенной смеси находятся в одинаковых агрегатных состояниях ( в одинаковых фазах):
Воздух — пример однородной газовой смеси (если учитывать именно газовый состав, частички пыли и т.п. мы здесь не учитываем), молярная масса воздуха принята равной 29 г\моль.
Все растворы — однородные смеси растворимого вещества и растворителя.
Неоднородные смеси (гетерогенные)
Неоднородная смесь — это смесь, где вещества находятся в разных фазах.
С определениями чистых веществ и смесей мы определились, теперь давайте разберем способы разделения смесей.
Еще одно важное отличие чистых веществ от смесей — температуры плавления и кипения:
Чистые вещества
Смеси
имеют четкие температуры плавления и кипения
Что такое однородная смесь в химии
Ключевые слова конспекта: предмет химии, вещества и их свойства, чистые вещества и смеси, способо разделения смесей.
Химия – это наука о веществах, их свойствах, превращениях веществ и явлениях, сопровождающих эти превращения. Химия является одной из наук, изучающих природу. Вместе с биологией и физикой химия принадлежит к числу естественных наук.
Вещество — это то, из чего состоит физическое тело. Вещество характеризуется определенными физическими свойствами.
Свойства веществ — это признаки, по которым вещества отличаются друг от друга или сходны между собой, например:
Важнейшие физические свойства вещества следующие: агрегатное состояние, цвет, запах, плотность, растворимость в воде, тепло-и электропроводность, температуры плавления и кипения.
Например, всем известное вещество алюминий можно охарактеризовать так: Алюминий — металл серебристо-белого цвета, сравнительно лёгкий (р = 2,7 г/см3), плавится при температуре 600°С. Алюминий очень пластичен. По электрической проводимости уступает лишь золоту, серебру и меди. Из-за лёгкости алюминий в виде сплавов широко используют в самолёто- и ракетостроении. Его также используют для изготовления электрических проводов и предметов быта.
Чистые вещества и смеси
Чистыми называются вещества, состоящие из одинаковых молекул. Смесь состоит из молекул разных веществ.
Каждое вещество имеет прежде всего свои, характерные именно для него свойства. Они в наибольшей степени проявляются, только если вещество является практически чистым, т. е. содержит мало примесей.
В природе чистых веществ не бывает, они встречаются преимущественно в виде смесей. Во многих случаях смеси нелегко отличить от чистых веществ. Например, сахар, растворяясь в воде, образует однородную по внешнему виду смесь. Даже с помощью микроскопа нельзя обнаружить частицы веществ, входящих в эту смесь. Такие смеси называют гомогенными (однородными).
Молоко на первый взгляд тоже кажется однородным веществом. Однако, если рассмотреть каплю молока под микроскопом, можно увидеть, что в ней плавает множество мельчайших капелек жира. Если дать молоку постоять, то эти капельки соберутся в верхнем слое, образуя сливки. Подобные неоднородные смеси называют гетерогенными смесями.
Однородные смеси — это смеси, в которых даже с помощью микроскопа нельзя обнаружить частицы веществ, входящих в смесь. Неоднородные смеси — это смеси, в которых невооруженным глазом или с помощью микроскопа можно заметить частицы веществ,составляющие смесь.
Способ разделения смесей
В смеси сохраняются свойства составляющих их веществ компонентов. На основании этих свойств выбирают рациональный способ разделения смесей.
Способы разделения смесей основаны на различии свойств веществ-компонентов, их составляющих: плотности, растворимости в воде и других жидкостях-растворителях, способности плавиться и испаряться.
Способы разделения смесей: неоднородные смеси — отстаивание и фильтрование, действие магнитом; однородные смеси — перегонка, выпаривание, кристаллизация и хроматография.
Отстаивание. Прием разделения смеси твердого и жидкого вещества путем осаждения твердого на дно под действием сил тяжести.
Фильтрование. Чтобы избавиться от нерастворимых в воде примесей, воду пропускают через фильтр. Материал фильтра — бумага, ткань, пористая керамика. Примеси остаются на фильтре, а вода очищается.
Действие магнитом. Выделение из неоднородной смеси веществ, способных к намагничиванию. К магниту притягиваются железные опилки.
Перегонка. Прием разделения однородных жидких смесей путем испарения летучих жидкостей, различающихся температурами кипения, с последующей конденсацией паров. Так из нефти, представляющей собой смесь жидких, газообразных и твердых углеводородов, получают попутные газы, бензин, керосин, дизельное топливо и другие продукты.
Выпаривание. Способ извлечения растворенного в жидком растворителе твердого или жидкого вещества. Например, упаривая воду из сладкого сиропа, получают сахар.
Кристаллизация. Избирательное извлечение одного из нескольких твердых веществ, содержащихся в растворе. Частичное упаривание воды с последующим охлаждением раствора приводит к осаждению кристаллов главного компонента. Так из морской воды выделяют поваренную соль NaCl, а другие соли, присутствующие в меньшем количестве, остаются в растворе.
Хроматография. Метод разделения смесей, основанный на различиях относительной растворимости веществ в используемом растворителе (жидкая фаза) и прочности связывания этих веществ поверхностью сорбента (твердая фаза).
Бумажная хроматография. Нанесем каплю раствора смеси двух веществ на расстоянии 2 см от края длинной полоски фильтровальной бумаги. Подвесим полоску в стеклянном цилиндре, на дне которого находится растворитель. Нижнюю часть полоски погрузим в растворитель, при этом пятно со смесью находится чуть выше. Верхняя часть полоски удерживается проволокой у отверстия цилиндра. Сверху цилиндр закроем стеклом, чтобы не испарялся растворитель. Боковые стороны полоски не касаются стенок цилиндра. Растворитель смачивает полоску, и жидкий фронт движется вверх за счет капиллярных сил. Вместе с растворителем по бумаге движутся и растворенные вещества. Если они цветные, то за движением можно наблюдать визуально. Вещество, которое лучше растворимо и менее прочно удерживается сорбентом (бумагой), поднимется выше. Когда фронт поднимется достаточно высоко и пятна разделятся, полоску вынимают и разрезают.
Колоночная хроматография — процесс, родственный рассмотренному. В качестве твердой фазы служит силикагель, помещенный в колонку. Только в этом случае смесь наносят равномерно вверху колонки, а потом добавляют растворитель. Разделенные вещества собирают внизу в разные стаканчики.
Конспект урока «Вещества и их свойства. Чистые вещества и смеси».