Чистые вещества и смеси

Существуют ли абсолютно чистые вещества? Вещества абсолютно чистые, в составе которых нет ни единого постороннего атома или молекулы? В природе таких веществ не существует. Любое вещество содержит определенное количество примесей. Даже хорошо очищенная вода не может считаться чистым веществом, так как в ней растворены кислород, углекислый газ, и другие газы, содержащиеся в воздухе. Все вещества в природе в том или ином виде являются смесями.

Если в веществе содержание посторонних веществ незначительно, то такие вещества условно считают чистыми.

Если из водопроводной воды в значительной мере удалить все растворенные в ней вещества, то такую воду можно считать чистым веществом. Растворимость газов воздуха в воде крайне мала и ею можно пренебречь.

Таким образом, все вещества и материалы в природе можно разделить на индивидуальные вещества и смеси веществ.

Представление о смесях и чистых веществах имели еще древнегреческие ученые. Согласно этим представлениям, чистое вещество состоит из частиц одного вида, а смеси состоят из различных частиц. Итак, чистое вещество состоит из одинаковых молекул, а смеси – из разных.

В смесях веществ свойства отдельных компонентов не меняются.

Смеси, в свою очередь, делят на однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

Однородная (гомогенная) смесь – смесь, в которой ее компоненты невозможно различить визуально

Неоднородная (гетерогенная) смесь – смесь, в которой компоненты смеси можно различить визуально

Гомогенные смеси можно делить по агрегатному состоянию на твердые, жидкие и газообразные. Например, воздух – это гомогенная смесь различных газов. Гомогенными смесями являются сплавы металлов, растворы соли, сахара в воде.

Гетерогенные смеси могут быть различными. Рассмотрим два примера таких смесей. Первая смесь – смесь муки и воды. В данной смеси, после ее перемешивания, частицы муки какое-то время равномерно распределены в воде. Такие смеси называют суспензиями.

 

Суспензия – гетерогенная смесь, в которой частицы твердого вещества равномерно распределены в жидкости

Вторая смесь состоит из воды и подсолнечного масла. Данные жидкости не смешиваются друг с другом. Но если смесь энергично перемешать, то какое-то время капельки масла будут равномерно распределены в воде. Такие смеси называются эмульсиями.

Эмульсия – гетерогенная смесь, в которой частицы одной жидкости равномерно распределены в другой

Гетерогенные смеси могут состоять и из компонентов, находящихся в одном агрегатном состоянии. Например, смесь песка и древесных опилок – гетерогенная, так как ее компоненты легко различить визуально.

Существует множество способов, при помощи которых смеси веществ можно разделить на отдельные компоненты.

Способы разделения смесей

Действие магнита (магнитная сепарация)

Если в состав смеси входят порошки металлов, обладающих магнитными свойствами, то при помощи магнита эти металлы можно извлечь из смеси. Магнитными свойствами обладают такие металлы как железо, кобальт, никель. Необходимо просто рассыпать смесь по ровной поверхности и провести над ней магнитом. Частицы металла притянутся к магниту.

Отстаивание и декантация

Некоторые смеси можно разделить при помощи отстаивания и последующего сливания слоя жидкости с осевшего вещества (декантации). Данный способ основан на различной плотности веществ. Например, смесь древесных опилок и песка можно разделить при помощи данного метода. Смесь необходимо высыпать в стакан с водой. Тяжелые частицы песка осядут на дно, а легкие опилки будут плавать на поверхности воды. Осторожным сливанием верхнего слоя с опилками смесь будет разделена

Смесь двух твёрдых веществ, сильно различающихся по плотности, удобно разделять, пропуская через неё поток воды. Раньше так выделяли крупинки золота из измельчённой золотоносной породы. Золотоносный песок помещали на наклонный жёлоб, по которому пускали струю воды. Поток воды подхватывал и уносил пустую породу, а тяжёлые крупинки золота оседали на дне жёлоба.

Разделение смеси малорастворимых друг в друге жидкостей можно провести в делительной воронке. Например, смесь бензина и воды или подсолнечного масла и воды. Такие смеси быстро расслаиваются. При помощи делительной воронки нижний слой жидкости можно аккуратно слить, а верхний слой останется в воронке.

Фильтрование

Смеси, содержащие нерастворимые в воде вещества, можно разделить фильтрованием. В лаборатории для фильтрования используют стеклянную воронку, в которую вставлен фильтр — сложенный вчетверо круг фильтровальной бумаги. Фильтровальная бумага, в отличие от обычной, не содержит клеящих веществ, поэтому легко впитывает и пропускает жидкость. Размер пор в ней таков, что позволяет отделять от раствора частицы размером больше 0,01 мм.

Например, смесь из песка и поваренной соли следует всыпать в стакан с водой и хорошо перемешать стеклянной палочкой до полного растворения соли, песок при этом не растворится. Далее песок необходимо отделить от раствора соли, это можно сделать при помощи фильтрования. Фильтром будет служить специальная фильтровальная бумага.

После фильтрования раствора песок остается на бумажном фильтре, а раствор соли будет собран в стакане или колбе.

Фильтрованием легко очистить воду или раствор от попавших туда пылинок и других загрязнений, а также отделить осадок от раствора.

В промышленности в качестве фильтров часто используют ткани. Например, на маслобойных заводах измельчённые семена подсолнечника оборачивают плотной суконной тканью и сжимают между стальными плитами.

Растительное масло проходит через ткань, а внутри остаётся твёрдая масса — жмых.

Выпаривание

Метод выпаривания применяют для выделения растворителя из раствора, концентрирования раствора, кристаллизации растворенных веществ.

Раствор поваренной соли выливают в фарфоровую чашку, помещают в штативное кольцо и нагревают до полного испарения воды.

Перегонка

Способ разделения гомогенных смесей, основанный на различных температурах кипения веществ, называется перегонкой или дистилляцией.

Предположим, необходимо разделить смесь спирта и воды. Ни один из ранее рассмотренных способов не годится для разделения этой смеси.

Спирт и вода имеют различные температуры кипения. Так, вода кипит при +100°С а спирт при +78°С. При нагревании такой смеси спирт закипит раньше и начнет испаряться. Пары спирта поступают в холодильник – трубку, охлаждаемую проточной водой. В холодильнике пары спирта конденсируются в жидкость и собираются в колбе-приемнике. Вода остается в реакционной колбе. Таким образом, можно отделить спирт от воды. Схема установки для перегонки, представлена на рисунке.

  • В природе нет абсолютно чистых веществ
  • Однородная (гомогенная) смесь – смесь, в которой все ее компоненты находятся в одном агрегатном состоянии
  • Неоднородная (гетерогенная) смесь – смесь, в которой компоненты смеси находятся в различных агрегатных состояниях
  • Суспензия – гетерогенная смесь, в которой частицы твердого вещества равномерно распределены в жидкости
  • Эмульсия – гетерогенная смесь, в которой частицы одной жидкости равномерно распределены в другой
  • Основные способы разделения смесей: действие магнита, декантация, фильтрование, выпаривание, перегонка, экстракция