1. Понятия «смесь», «компонент», «примесь»

Чистые вещества и смеси
1. Понятия «смесь», «компонент», «примесь»
В повседневной жизни каждый из нас сталкивается со множеством смесей веществ, имеет дело не
только с чистыми, но и загрязненными веществами. Важно уметь различать данные понятия и уметь
определять по конкретным признакам, с чем имеешь дело: чистым или загрязненным веществом,
индивидуальным веществом или смесью веществ. Ведь человек хочет употреблять только ту воду,
которая не содержит вредных примесей. Дышать мы хотим воздухом, не загрязненным вредными для
здоровья газами. В медицине и производстве лекарственных препаратов проблема получения и
использования чистых веществ особенно актуальна.
Познакомимся с основными терминами урока.
Смесь – это то, что образуется при перемешивании двух и более различных по свойствам веществ.
Вещества, составляющие смесь, называют компонентами. Например, воздух – смесь газов: азота,
кислорода, углекислого газа и других.
Если масса одного компонента в десятки раз меньше массы другого компонента смеси, то его
называют примесью. Говорят, что вещество загрязнено. Например, воздух может быть загрязнен
угарным газом, продуктом неполного сгорания органических соединений, в частности бензина. Кстати,
бензин – это смесь органических веществ – углеводородов.
КЛАССИФИКАЦИЯ СМЕСЕЙ
Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду. Например, соленая вода (смесь поваренной соли и
воды) и смесь речного песка и воды. В первом случае нельзя увидеть границы раздела фаз твердоежидкое. Такую смесь называют однородной (или гомогенной). Другими примерами однородных
смесей являются уксус (смесь уксусной кислоты и воды), воздух, сахарный сироп.
Смесь речного песка и воды относят к неоднородным (или гетерогенным) смесям, т.к. состав такой
смеси неодинаков в разных точках объема. Неоднородными являются смеси глины и воды, бензина и
воды.
Рис. 1. Классификация смесей
В основном, всё, что нас окружает, – это смеси веществ. Более того, веществ, абсолютно не
содержащих примесей, не бывает.
Но принято говорить об относительной чистоте вещества, т.е. вещества имеют разную степень
чистоты.
2. Степень чистоты вещества
Если примеси не обнаруживаются при использовании вещества в технических целях, то вещество
называется технически чистым. Например, вещество, из которого делают фиолетовые чернила, может
иметь в своем составе примеси. Но если эти примеси никак не влияют на качество чернил, то оно технически чистое.
Если примеси не обнаруживаются с помощью химических реакций, то вещество относят к химически
чистым. Например, это дистиллированная вода.
3. Признаки индивидуальности вещества
Чистое вещество иногда называют индивидуальным веществом, т.к. оно обладает строго
определенными свойствами. Например, только дистиллированная вода имеет температуру плавления 0
С, температуру кипения 100 С и не имеет вкуса и запаха.
А изменяются ли свойства веществ в смеси? Чтобы ответить на этот вопрос, проведем простой опыт.
Смешаем порошки серы и железа (Рис. 2). Мы знаем, что железо притягивается магнитом, а сера – нет.
Сохранило ли железо свое свойство после смешения с серой?
Рис. 2. Перемешивание порошков серы и железа
Подействуем магнитом на смесь порошков серы и железа (Рис. 3). Мы видим, что железо в смеси с
серой не утратило способности к намагничиванию.
Рис. 3. Действие магнита на смесь порошков серы и железа
ВЫВОД: Свойства веществ в смеси не изменяются. Знания о свойствах компонентов смеси
используют для разделения смесей и очистки веществ.
Методы разделения и очистки
веществ
1. Отстаивание
Определим различие между «методами разделения смесей» и «методами очистки веществ». В первом
случае важно получить в чистом виде все составляющие смесь компоненты. При очистке вещества
получением в чистом виде примесей, как правило, пренебрегают.
ОТСТАИВАНИЕ
Как разделить смесь, состоящую из песка и глины? Это одна из стадий в керамическом производстве
(например, в производстве кирпичей). Для разделения такой смеси используют метод отстаивание.
Смесь помещают в воду и перемешивают. Глина и песок с разной скоростью оседают в воде. Поэтому
песок осядет значительно быстрее глины (Рис.1).
Рис. 1. Разделение смеси глины и песка методом отстаивания
Метод отстаивания используют также для разделения смесей нерастворимых в воде твердых веществ с
разной плотностью. Например, так можно разделить смесь железных и древесных опилок (древесные
опилки в воде всплывут, а железные осядут).
Смесь растительного масла и воды тоже можно разделить методом отстаивания, т.к масло не
растворяется в воде и имеет меньшую плотность (Рис. 2). Таким образом, отстаиванием можно
разделять смеси нерастворимых друг в друге жидкостей с различной плотностью.
Рис. 2. Разделение смеси растительного масла и воды методом отстаивания
2. Фильтрование
Для разделения смеси поваренной соли и речного песка можно воспользоваться методом отстаивания
(при смешении с водой соль растворится, песок осядет), но надежнее будет отделить песок от раствора
соли другим методом – методом фильтрования.
Фильтрование данной смеси можно провести с помощью бумажного фильтра и воронки, опущенной в
стакан. Крупинки песка остаются на фильтровальной бумаге, а прозрачный раствор поваренной соли
проходит через фильтр. В данном случае речной песок – это осадок, а раствор соли – фильтрат (Рис. 3).
Рис. 3. Использование метода фильтрования для отделения речного песка от раствора соли
Фильтрование можно проводить не только с помощью фильтровальной бумаги, но и с использованием
других пористых или сыпучих материалов. Например, к сыпучим материалам относится кварцевый
песок, а к пористым – стекловата и обожженная глина.
Некоторые смеси можно разделить с помощью метода «горячее фильтрование». Например, смесь
порошков серы и железа. Железо плавится при температуре более 1500 С, а сера – около 120 С.
Расплавленную серу можно отделить от порошка железа с помощью подогреваемой стекловаты.
3. Выпаривание, упаривание
Выделить соль из фильтрата можно с помощью выпаривания, т.е. нагреть смесь и вода испарится, а
соль останется на фарфоровой чашке. Иногда применяют упаривание, частичное испарение воды. В
результате образуется более концентрированный раствор, при охлаждении которого растворенное
вещество выделяется в виде кристаллов.
4. Использование магнита
Если в смеси присутствует вещество, способное к намагничиванию, то его легко выделить в чистом
виде с помощью магнита. Например, так можно разделить смесь порошков серы и железа.
5. Флотация
Эту же смесь можно разделить еще одним методом, используя знание о смачиваемости компонентов
смеси водой. Железо смачивается водой, т.е. вода растекается по поверхности железа. Сера же водой не
смачивается. Если поместить в воду кусок серы, то он утонет, т.к. плотность серы больше плотности
воды. А вот порошок серы всплывет, т.к. к несмачивающимся водой крупинкам серы прилипают
пузырьки воздуха и выталкивают их на поверхность. Для разделения смеси нужно поместить ее в
воду. Порошок серы всплывет, а железо утонет (Рис. 4).
Рис. 4. Разделение смеси порошков серы и железа методом флотации
Метод разделения смесей, основанный на различии смачиваемости компонентов, называется
флотацией (франц. flotter – плавать). Рассмотрим еще несколько методов разделения и очистки
веществ.
6. Перегонка
Один из древнейших методов разделения смесей – перегонка (или дистилляция). С помощью этого
метода можно разделять компоненты, растворимые друг в друге, имеющие разные температуры
кипения. Именно таким способом получают дистиллированную воду. Воду с примесями кипятят в
одном сосуде. Образующиеся водяные пары конденсируются при охлаждении в другом сосуде в виде
уже дистиллированной (чистой) воды.
Рис. 5. Получение дистиллированной воды
7. Хроматография
Близкие по свойствам компоненты можно разделить с помощью метода хроматографии. Этот способ
основан на различном поглощении разделяемых веществ поверхностью другого вещества.
Например, красные чернила можно разделить на компоненты (воду и красящее вещество) посредством
хроматографии.
Рис. 6. Разделение красных чернил методом бумажной хроматографии
В химических лабораториях хроматографию осуществляют с помощью специальных приборов –
хроматографов, основные части которого – хроматографическая колонка и детектор.
8. Адсорбция
Для очистки некоторых веществ в химии широко используется адсорбция. Это накопление одного
вещества на поверхности другого вещества. К адсорбентам относится, например, активированный
уголь.
Попробуйте опустить таблетку активированного угля в сосуд с подкрашенной водой, перемешайте,
отфильтруйте и увидите, что фильтрат стал бесцветным. Атомы угля притягивают к себе молекулы, в
данном случае, красителя.
В настоящее время адсорбция широко применяется для очистки воды и воздуха. Например, фильтры
для очистки воды содержат в качестве адсорбента активированный уголь.