Продолжение Смеси веществ и способы их разделения

Для того чтобы установить свойства вещества, нужно иметь его в чистом виде, но в чистом виде вещества в природе не встречаются. Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым – это вещества с постоянными физическими и химическими свойствами. Абсолютно чистых веществ не существует.

Относительно чистые вещества используются в химических лабораториях, в том числе и в школьных. Существуют различные по степени очистки реактивы (таблица 3).

Таблица 3

Классификация химических реактивов, в зависимости от количества в них примесей

Смесью называется вещество, состоящее из молекул (или атомов) двух или нескольких веществ. Вещества, составляющие смесь, могут быть простыми и сложными.

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

Природные вещества представляют смеси, состоящие иногда из очень большого числа различных веществ. Так, например, природная вода всегда содержит растворенные в ней соли и газы. Иногда очень малое содержание примеси может привести к очень сильному изменению некоторых свойств вещества. Например, содержание в цинке лишь сотых долей железа или меди ускоряет его взаимодействие с соляной кислотой в сотни раз. Когда одно из веществ находится в смеси в преобладающем количестве, вся смесь обычно носит его название.

Чистое вещество всегда однородно, смеси же могут быть однородными и неоднородными. Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить вооруженным глазом называют однородными.

К однородным смесям принадлежат все смеси газов, в том числе и воздух. Существует немало однородных смесей жидкостей. Такая смесь образуется при смешивании, например, спирта и воды. Однородные смеси еще называют растворами, даже если они твердые или газообразные.

Смеси, в которых компоненты можно обнаружить невооруженным глазом 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. Вода в смеси с песком, мелом или глиной замерзает при температуре 0⁰C и закипает при 100⁰С.

Существует различные способы разделения смесей (схема 1).

1. Отстаивание

а) Выделение веществ из неоднородной смеси, образованной нерастворимым в воде веществами с различной плотностью. Например, железные опилки от древесных можно отделить, взбалтывая эту смесь с водой, а затем отстаивая. Железные опилки опускается на дно сосуда, а древесные всплывают, и их вместе с водой можно слить.

Схема 1

Методы разделения смесей

б) Некоторые вещества осаждаются в воде с различной скоростью. Если взболтать с водой глину с примесью песка, то песок оседает значительно быстрее.

в) Разделение смеси малорастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью. Например, смеси бензина с водой, нефти с водой, растительного масла с водой быстро расслаиваются, поэтому их можно разделить с помощью делительной воронки или колонки. Иногда жидкости с различной плотностью отделяют центрифугированием, например славки от молока.

2. Фильтрование

Выделение веществ из неоднородной смеси, образованной растворимыми и нерастворимыми в воде веществами. Например, для выделения поваренной соли смесь ее с песком взбалтывают в воде. Поваренная соль растворяется, а песок оседает.

Чтобы ускорить отделение нерастворимых частиц из раствора, смесь фильтруют. Песок остается на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли проходит через фильтр.

3. Действие магнитом

Выделение из неоднородной смеси веществ, способных к намагничиванию. Если имеется, например, смесь порошков железа и серы, то их можно разделить при помощи магнита.

4. Выпаривание. Кристаллизация

Чтобы растворное вещество, например, поваренную соль, выделить из раствора, последний выпаривают. Вода испаряется, а в фарфоровой чашке остается поваренная соль. Иногда применяют упаривание, т. е. частичное испарение воды. В результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворенное вещество выделяется в виде кристаллов. Этот способ очистки веществ называется кристаллизацией.

5. Дистилляция

Этот способ разделения смесей основан на различии в температурах кипения растворимых друг в друге компонентов.

Дистилляция (перегонка) прием разделения однородных смесей путем испарения летучих жидкостей с последующей конденсацией их паров. Например, получение дистиллированной воды. Для этого воду с растворенными в ней веществами кипятят в одном сосуде. Образующиеся водяные пары конденсируются в другом сосуде в виде дистиллированной воды.

Массовая и объемная доли компонентов смеси

Как было сказано выше, смесь состоит из нескольких компонентов. Для того чтобы понять какое количество массы или объема приходится на тот или иной компонент смеси нужно высчитать соответственно массовую или объемную долю компонента смеси.

Отношение массы компонента смеси к массе всей смеси называется массовой долей компонента смеси (ω), и высчитывается по следующей формуле:

Часто массовую долю компонента смеси выражают в процентах. Для этого необходимо полученное число домножить на 100%.

Отношение объема компонента смеси к объему всей смеси называется объемной долей компонента смеси (φ), и высчитывается по следующей формуле:

Вопросы и упражнения для закрепления материала.

1. Что такое агрегатное состояние вещества? Перечислите основные агрегатные состояния веществ и дайте им характеристику.
2. Сформулируйте закон Авогадро и следствия из этого закона.
3. Рассчитайте: а) какой объем занимает 0,2 моль N₂ при н.у.; б) какое количество вещества содержит углекислый газ объемом 4,48 л при н.у. в) в каком объеме содержится 3,01·10²³ молекул кислорода О₂ при н.у.
4. Определите плотность иодоводорода по водороду и по воздуху.
5. Плотность газа по воздуху равна 1,17. Определить молекулярную массу газа.
6. Что такое смеси веществ, и чем они отличаются от чистых веществ? Какие способы разделения смесей Вам известны? Кратко охарактеризуйте их.
7. Какие из перечисленных ниже веществ являются смесями, а какие чистыми веществами: а) гранит; б) сахарный песок; в) поваренная соль; г) дистиллированная вода?
8. Предложите способы разделения следующих смесей: а) мел и поваренная соль; б) речной песок, сахар и древесный уголь.
9. Сколько граммов иода и спирта нужно взять для приготовления 30 г 5% -го раствора иода, применяемого в медицине?
10. Для проведения рентгенологического исследования органов ЖКТ применяют так называемую «баритовую кашу» - это раствор сульфата бария BaSO₄ в воде. Для этого сульфат бария растворяют в воде в соотношении 2:1. Как правило, для исследования берут 200 г сульфата бария. Рассчитайте массовую долю сульфата бария в баритовой каше, если для исследования необходимо приготовить 300 г раствора?
11. В состав воздуха входит 21% кислорода и 78% азота по объему. Рассчитайте объем кислорода, содержащегося в 125 л воздуха при н.у.

Задания по лекции 2:

1. Составить конспект лекции.

2. Решить задания после лекции под №№ 3, 4, 5, 7, 9, 10, 11