8 классТема 1. Первоначальные химические понятия5. Чистые вещества и смеси
Регистрация

Версия для слабовидящих
Плох тот воспитатель детей, который не помнит своего детства
Эбнер Эшенбах
Сертификат владельца сайта
Сертификат владельца сайта http://www.kuksova-irina.ru/
Школа "Карьера"
Высшая школа делового администрирования
Проголосуй за наш сайт
Оцените мой сайт





Результаты
счетчик посещений
Банк Интернет-портфолио учителей
Мир олимпиад
ФГОС урок

Установите себе наш баннер

Показать код баннера
Сейчас на сайте: 16
Периодическая таблица
Таблица растворимости
Праздники сегодня

Чистые вещества и смеси


Каждый из нас в повседневной жизни имеет дело как с чистыми, так и с загрязненными веществами и, конечно же, со смесями веществ. Данный урок посвящен изучению понятий «чистое вещество», «загрязненное вещество», «смесь веществ». Вы научитесь по определенным признакам различать чистые вещества и смеси веществ.

I. Понятие “компонент”, “смесь”, “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.

Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем:

«Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Современное определение:

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.

Shema_2.jpg
 
Чистые вещества состоят из частиц одного вида, а смеси — из частиц разного вида.
 
Кроме веществ, состоящих из молекул, существуют вещества, имеющие немолекулярное строение.
Например, металлы и инертные газы состоят не из молекул, а из более мелких частиц — атомов.
 
Таким образом, медь состоит только из атомов меди, а цинк состоит только из атомов цинка. Медь и цинк — чистые вещества. Если к меди добавить цинк и сильно нагреть, получится сплав, который называют латунью.
Латунь — это смесь, в состав которой входят как атомы меди, так и атомы цинка.
Существуют вещества немолекулярного строения, состоящие из частиц другого вида, называемых ионами. В состав ионных соединений входят не электрически нейтральные атомы или молекулы, а частицы, несущие на себе положительный или отрицательный заряд.
Примером таких веществ может служить хлорид натрия, то есть обычная поваренная соль, кристаллы которой состоят из положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора. Поваренная соль является чистым веществом. Если же её растворить в воде, образуется раствор, который является смесью двух веществ — воды и поваренной соли.
 
Сравнение чистых веществ и смесей
 
 
Чистые вещества
Смеси
Состав
Чистое вещество состоит из частиц одного вида. 
Например, вода состоит только из молекул воды.
  
Чистое вещество имеет постоянный состав.
Например, любая молекула воды состоит из двух атомов химического элемента водорода и одного атома химического элемента кислорода. 
Смесь состоит из частиц разного видаНапример, раствор сахара в воде содержит как молекулы воды, так и молекулы сахара.
  
Смесь не имеет постоянного состава: содержание отдельных составных частей одной и той же смеси может быть разным. Условно говоря, в стакане воды можно растворить и одну чайную ложку сахара, и две.
СвойстваЧистое вещество имеет постоянные свойства.
В смеси каждое  вещество в основном сохраняет свои свойства.
Например, железо так же, как обычно, притягивается магнитом, поваренная соль остаётся солёной.
 
Физические свойства смеси отчасти меняются с изменением её количественного состава.
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 твер­дое-жид­кое. 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.

В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями.

1. Смеси газов

В качестве примера такой однородной смеси можно назвать воздухВ состав чистого воздуха входят различные газообразные вещества:
  • азот (его объёмная доля в чистом воздухе составляет 78%);
  • кислород (21%);
  • благородные газы — аргон и другие (0,96%);
  • углекислый газ (0,04%).
Газообразной смесью являются природный газ и попутный нефтяной газ. Основными составными частями этих смесей являются газообразные углеводороды: метан, этан, пропан и бутан.
 
Также газообразной смесью является такой возобновляемый ресурс, как биогаз, образующийся при переработке бактериями органических остатков на свалках, в ёмкостях очистных сооружений и в специальных установках. Главная составная часть биогаза — метан, который содержит примесь углекислого газа, сероводорода и целого ряда других газообразных веществ.
 
Vozduh_SPb.jpgBigaz.jpg
Cмеси газов: воздух и биогаз. Воздух можно продавать любознательным туристам, а биогаз, получаемый из зелёной массы в специальных ёмкостях — использовать в качестве топлива.
 
2. Растворы
Обычно так называют жидкие смеси веществ, хотя этот термин в науке имеет более широкое значение: раствором принято называть любую (в том числе газообразную и твёрдую) однородную смесь веществ. Итак, о жидких растворах.
Важным раствором, встречающимся в природе, является нефть. Жидкие продукты, получаемые при её переработке: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, смазочные масла — также представляют собой смесь различных углеводородов.
 
Обратите внимание! Чтобы приготовить раствор, нужно газообразное, жидкое или твёрдое вещество смешать с растворителем (водой, спиртом, ацетоном и др.).
Например, нашатырный спирт получают, растворяя в воде газ аммиак. В свою очередь, для приготовления тинктуры йода кристаллический йод растворяют в этиловом спирте (этаноле). 
  
19.jpg ammiak.jpg
Жидкие однородные смеси (растворы): нефть и нашатырный спирт
 
3. Сплавы
Сплав (твёрдый раствор) может быть получен на основе любого металла, и в его состав может входить множество различных веществ.
Самыми важными в настоящее время являются сплавы железа — чугуны и стали.
Чугунами называют сплавы железа, содержащие более 2 % углерода, а сталями — сплавы железа, содержание углерода в которых меньше.
То, что обычно называют «железом», на самом деле является сталью с низким содержанием углерода. Кроме углерода в состав сплавов железа могут входить кремний, фосфор, сера.
Для того чтобы придать сталям какие-то особые свойства, их легируют — вводят специальные добавки. Например, ударопрочная сталь отличается повышенным содержанием марганца, а при выплавке нержавеющей стали в её состав вводится хром.
 
В настоящее время широкое распространение получили сплавы алюминия. Они отличаются лёгкостью и высокой механической прочностью. В состав сплавов алюминия обычно входят магний, марганец, медь и кремний.
С давних времён человечество широко использует сплавы на основе меди.
Бронзой называют сплав меди с оловом, а латунью — сплав меди с цинком.
Хотя в настоящее время в состав этих сплавов меди могут входить и другие металлы (алюминий, никель, свинец и др.).
 
Cugun.jpg3kop.jpg 
Изделия из чугуна и алюминиевой бронзы
 
Неоднородные смеси
К неоднородным смесям принадлежат:
  • аэрозоли (дымы, туманы);
  • суспензии;
  • эмульсии;
  • пены;
  • и другие смеси, не имеющие собственных названий.
В случае образования неоднородной (гетерогенной) смеси частички (капельки, пузырьки) одного вещества оказываются распределены в среде другого вещества. Классифицируя (группируя) такие смеси, удобно принимать во внимание агрегатное состояние того вещества, в среде которого оказывается распределено другое вещество.
  • Неоднородные (гетерогенные) смеси, среда которых газообразная

Если в среде газообразного вещества распределены частички твёрдого вещества, такую смесь называют дымом. Простейшим примером такой смеси является пыль, висящая в воздухе. 

Если в среде газообразного вещества распределены мелкие капельки жидкости, такую смесь называют туманомТуманы и дымы имеют общее название — аэрозоли.

В качестве примера аэрозоля можно также назвать смог — чрезвычайно ядовитую смесь, которая образуется в воздухе при определённых погодных условиях и содержит вредные вещества, выделившиеся в результате работы предприятий, сжигания топлива на транспорте и в печах теплоэлектростанций, крупных лесных пожаров.
 
tuman.jpg dym.jpg smog_1.jpg
Неоднородные смеси: туман, дым и смог в Москве (2010 г.)
  • Неоднородные (гетерогенные) смеси, среда которых жидкая

Если в жидкости распределены частички твёрдого вещества, такую смесь называют суспензией. Например, суспензию представляет собой взвесь песка или глины в воде.

Если в жидкости распределены мелкие капельки другой (не смешивающейся с первой) жидкости, такую смесь называют эмульсией.

Эмульсия образуется при энергичном смешивании растительного масла с водой. Эмульсию представляет собой майонез и многие другие продукты питания. Чтобы не происходило расслоение не смешивающихся между собой жидкостей, к таким смесям добавляют вещества, называемые эмульгаторами.
Если в среде жидкости распределены пузырьки газа, такую смесь называют пеной.
Пена образуется каждый раз при откупоривании бутылки с газированным напитком. 
 
glina.jpg moloko_pod_mikroskopom.jpg foam.jpg
Неоднородные смеси: суспензия (глина в воде), эмульсия (капельки жира в молоке) и мыльная пена
  • Неоднородные (гетерогенные) смеси, среда которых твёрдая
Такие смеси не имеют специфических названий, поэтому ограничимся соответствующими примерами.
В среде твёрдого вещества могут находиться пузырьки газа. Примером такой смеси может служить пемза — пористое стекло вулканического происхождения. Такое же строение имеют пенопласт и обычный хлеб.
Встречаются смеси и такого вида, когда в среде твёрдого вещества распределены мельчайшие капельки жидкости. В качестве примера такой смеси можно назвать влажную почву.
В среде твёрдого вещества могут быть распределены частицы других твёрдых веществ. Примером такой смеси может служить гранит, в состав которого входят полевой шпаткварц и слюда.
 
pemza.jpg pochva.jpg granit.jpg
Неоднородные смеси: пемза, почва, гранит

II. Степень частоты вещества

Обратите внимание! Следует иметь в виду, что идеально чистых веществ не существует, поскольку ни одно из веществ невозможно полностью очистить от содержащихся в нём примесей.

Какое же вещество в таком случае на практике считается чистым?

Практически чистым (чистым) называют вещество, в котором содержание примесей столь ничтожно, что эти примеси существенным образом не влияют на его свойства.

Например, вода считается практически чистой, если образец жидкости не имеет цвета, вкуса и запаха, замерзает при температуре 0 °С, кипит при температуре +100 °С, при температуре +4 °С имеет плотность 1000 кг/м³ и практически не проводит электрический ток.
 
kislorod.jpgvoda1.jpgsugar.jpg
Чистые вещества: кислород, дистиллированная вода, рафинированный сахар
В некоторых отраслях науки и техники используют особо чистые вещества.
 
Zoloto.jpg Kremnij.jpg
В банках золото хранится в слитках, массовая доля благородного металла в которых составляет 99,9 %; в технике для изготовления электронных приборов и микросхем используется кремний, чистота которого составляет 99,999 %.

III. Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей 

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей.

 
Пример смесиСпособ разделения

 

Суспензия– смесь речного песка с водой

Разделение отстаиванием основано на различных плотностях веществ. Более тяжелый песок оседает на дно. 

При отстаивании смеси жидкости и твёрдого вещества на дне сосуда оседает вещество с большей плотностью. Верхний слой осторожно отделяют.

Asset 4chem.svgAsset 3chem.svg
Отстаивание смеси песка и воды
Таким способом можно разделить смесь мела и воды, песка и воды. 
  Для разделения смеси двух жидкостей (растительное масло и вода, бензин и вода, нефть и вода) используется делительная воронка — сосуд с краном внизу. Сливают сначала более тяжёлый нижний слой, а затем — лёгкий верхний. Подобным образом в деревнях отделяли сливки от молока.
Asset 2chem.svg
Делительная воронка 

Опыт: “Разделение смеси воды и растительного масла отстаиванием”

Смесь песка и поваренной соли в воде

Фильтрование

Основано на различной растворимости веществ в воде и на различных размерах частиц. Через поры фильтра проходят лишь соизмеримые с ними частицы веществ, в то время как более крупные частицы задерживаются на фильтре. Так можно разделить гетерогенную смесь поваренной соли и речного песка. В качестве фильтров можно использовать различные пористые вещества: вату, уголь, обожженную глину, прессованное стекло и другие. Способ фильтрования – это основа работы бытовой техники, например пылесосов. Его используют хирурги – марлевые повязки; буровики и рабочие элеваторов – респираторные маски. С помощью чайного ситечка для фильтрования чаинок Остапу Бендеру – герою произведения Ильфа и Петрова – удалось забрать один из стульев у Эллочки Людоедки («Двенадцать стульев»).

Для фильтрования можно использовать специальную бумагу, ткань, марлю, вату, песок, уголь, пористую керамику.

Asset 7chem.svg
Механизм фильтрования
Простейший прибор для фильтрования состоит из воронки с фильтром и сосуда для собирания фильтрата. При использовании бумажного фильтра смесь осторожно наливают в воронку по стеклянной палочке. Вода проходит через фильтр, а частицы твёрдого вещества задерживаются на нём.
Asset 1chem.svg
Простейший прибор для фильтрования
(1 — смесь, 2 — стеклянная палочка, 3 — воронка с фильтром, 4 — фильтрат)
  С помощью фильтрования можно очистить воду от попавших в неё пылинок, частиц песка и других примесей. В лабораториях этим способом отделяют образовавшиеся в реакциях осадки.
Фильтрование используется в промышленности (в производстве растительного масла, творога). В качестве фильтров там используются ткани.
В двигателях автомобилей через фильтры обязательно проходит топливо и масло.
На одной из стадий очистки питьевой воды в водопроводах её пропускают через слой чистого песка. В домашних условиях для очистки питьевой воды применяется бытовой фильтр.
17-08-2017 14-12-33.jpg
Бытовой фильтр для очистки воды
  С помощью фильтрования очищают также воздух от примесей. На фильтровании воздуха основана работа пылесоса, противогаза.
Для удаления нежелательных примесей часто используют адсорбенты. Так, в противогазах воздух проходит через слой активированного угля, который имеет много мелких пор и способен поглощать газообразные и растворённые вещества. Уголь применяется в производстве сахара для очистки сахарного сиропа от содержащихся в нём примесей.

Опыт: “Разделение смеси крахмала и воды фильтрованием”

Центрифугирование

Если частицы неоднородной

Документы (всего: 1)
Документы (всего: 1)