Песок с солью относится к однородным смесям. Чистые вещества и смеси

РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

6. Смеси веществ. Растворы

6.2. Смеси, их типы, названия, состав, методы разделения

Смеси - это совокупность различных веществ, из которых может складываться одно физическое тело. Каждое вещество, что содержится в смеси, называют компонентом. При смешивании новое вещество не возникает. Все вещества, которые входят в состав смеси, сохраняют присущие им свойства. Но физические свойства смеси, как правило, отличаются от физических свойств отдельных компонентов. Смеси бывают однородными и неоднородными.

Однородные (гомогенные) смеси - это смеси, в которых компоненты смешаны на молекулярном уровне (однофазный материал); их невозможно обнаружить при рассматривании невооруженным глазом и даже при использовании мощных оптических приборов. Например, водные растворы сахара, поваренной соли, спирта, уксусной кислоты, металлические сплавы, воздух.

Неоднородные (гетерогенные) смеси формируют так называемые дисперсные системы. Они образуются при смешивании двух и более веществ, которые не растворяются друг в друге (не образуют однородных систем) и не реагируют химически. Компоненты дисперсных систем называют дисперсионным средой и дисперсной фазой; между ними существует поверхность раздела.

По размеру частиц дисперсной фазы системы разделяют на:

Грубодисперсные (> 10 -5 м);

Мікрогетерогенні (10 -7 -10 -5 м);

Ультрамікрогетерогенні (10 -9 -10 -7 м), или золи (коллоидные системы) 1 .

Если частицы дисперсной фазы имеют одинаковый размер, системы называют монодисперсними; если разный - полідисперсними (таковыми являются практически все природные системы). В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы, различают такие простые дисперсные системы:

* Газы образуют однородные смеси (газообразные растворы).

** Пористые тела по размеру полостей разделяют на:

Микропористые (2 нм);

Лезопористі (2-50 нм);

Макропористые (> 50 нм).

Смеси разделяют с помощью физических методов. Для разделения неоднородных смесей используют отстаивание, фильтрование, флотацию и иногда действие магнита.

Для разделения однородных смесей используют выпаривание и перегонку (дистилляцию).

_____________________________________________________________

1 Если размеры частиц дисперсной фазы не превышают размеров молекул или ионов (до 1 нм), такие системы называют истинными растворами.

>> Чистые вещества и смеси. Отстаивание. Разделение смеси трех твердых веществ

Чистые вещества и смеси

Материал параграфа поможет вам:

> осознать, что абсолютно чистых веществ не существует;
> различать однородные и неоднородные смеси веществ;
> выяснить, в каких смесях физические свойства компонентов сохраняются, а в каких - нет;
> выбрать метод разделения смеси веществ в зависимости от ее типа.

Чистые вещества и смеси.

Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым. С такими веществами работают в научной лаборатории, школьном химическом кабинете. Заметим, что абсолютно чистых веществ не существует.

Каждое вещество, содержащееся в смеси, называют компонентом.

Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить наблюдением, называют однородными.

Большинство металлических сплавов - также однородные смеси. Например, в сплаве золота с медью (его используют для изготовления ювелирных украшений) отсутствуют красные частицы меди и желтые частицы золота.

Из материалов, которые являются однородными смесями веществ, изготовляют много предметов разнообразного назначения (рис. 27).

К однородным смесям принадлежат все смеси газов , в том числе и воздух. Существует немало однородных смесей жидкостей.

Рис. 27. Предметы, изготовленные из однородных смесей

Такая смесь образуется при смешивании, например, спирта и воды.

Приведите свой пример однородной смеси.

Однородные смеси еще называют растворами, даже если они твердые или газообразные.

По некоторым физическим свойствам однородные смеси отличаются от их компонентов. Так, сплав олова со свинцом, используемый для паяния, плавится при более низкой температуре, чем чистые металлы. Вода закипает при температуре 100 °С, а водный раствор соли - при более высокой температуре. Если воду охладить до температуры 0 °С, она начнет превращаться в лед. Раствор соли при этих условиях остается жидкостью (он замерзает при температуре ниже 0 °С). В этом можно убедиться зимой, когда дороги и тротуары, покрытые льдом, посыпают смесью соли с песком. Лед под действием соли плавится; образуется водный раствор соли, не замерзающий на слабом морозе. А песок нужен для того, чтобы дорога не была скользкой.

Рис. 28. Неоднородная смесь мела и воды

Вам известно, что мел не растворяется в воде. Если его порошок всыпать в стакан с водой, то в образовавшейся смеси всегда можно обнаружить частицы мела, которые видны невооруженным глазом или в микроскоп (рис. 28).

Смеси, в которых компоненты можно обнаружить наблюдением, называют неоднородными.

К неоднородным смесям (рис. 29) относятся большинство минералов, почва, строительные материалы, живые ткани, мутная вода, молоко и другие продукты питания, некоторые лекарственные и косметические средства.

Приведите свой пример неоднородной смеси.

В неоднородной смеси физические свойства компонентов сохраняются. Так, железные опилки , смешанные с медными или алюминиевыми, не теряют способности притягиваться к магниту.

Рис. 29. Неоднородные смеси:
а - смесь воды и серы;
б - смесь растительного масла и воды;
в - смесь воздуха и воды

Вода в смеси с песком, мелом или глиной замерзает при температуре О 0C и закипает при 100 °С.

Некоторые виды неоднородных смесей имеют специальные названия: пена (например, пенопласт, мыльная пена), суспензия (смесь воды с небольшим количеством муки), эмульсия (молоко, хорошо взболтанные растительное масло с водой), аэрозоль (дым, туман).

В каких находятся компоненты в каждой названной смеси?

Материал, изложенный выше, обобщен в схеме 3.

Схема 3. Вещества и смеси

Часто возникает необходимость разделить смесь, чтобы получить ее компоненты или очистить вещество от примесей.

Существует много методов разделения смесей. Их выбирают, учитывая тип смеси, агрегатное состояние и различия в физических свойствах компонентов (схема 4). Некоторые методы вам известны из курса природоведения.

Схема 4. Методы разделения смесей

Объясните, благодаря каким свойствам компонентов возможно разделение каждой неоднородной смеси, указанной на схеме.

Рис. 30. Рабочий в распираторе

Рассмотрим, как используют некоторые методы разделения смесей.

Процесс фильтрования лежит в основе работы респиратора - устройства, которое защищает легкие человека, работающего в сильно запыленном помещении. В респираторе имеются фильтры, препятствующие попаданию пыли в легкие (рис. 30). Простейший респиратор - повязка из нескольких слоев марли. Фильтр, извлекающий пыль из воздуха, есть и в пылесосе.

С помощью магнита в промышленности обогащают железную руду - магнетит.

Благодаря способности притягиваться к магниту руда отделяется от песка, глины, земли и др. Таким способом извлекают железо из промышленных и бытовых отходов.

Важным методом разделения однородных смесей жидкостей является перегонка, или дистилляция1. Этот метод позволяет очистить природную воду от примесей. Полученную чистую (дистиллированную) воду используют в научно-исследовательских лабораториях, в производстве веществ для современной техники, в медицине для приготовления лекарств.

1 Термин происходит от латинского слова distillatio - стекание каплями.

В промышленности перегонкой нефти (смесь многих веществ, преимущественно - жидкостей) получают бензин, керосин, дизельное горючее.

В лаборатории перегонку осуществляют на специальной установке (рис. 31). При нагревании смеси жидкостей сначала закипает вещество с наиболее низкой температурой кипения. Его пар выходит из сосуда, охлаждается, конденсируется1, и образовавшаяся жидкость стекает в приемник. Когда этого вещества уже не будет в смеси, температура начнет повышаться, и со временем закипает другой жидкий компонент. Нелетучие жидкости остаются в сосуде.

Рис. 31.Лабораторная установка для перегонки:

а - обычная;
1 - смесь жидкостей с разными температурами кипения;
2 - термометр;
3 - водяной холодильник;
4 - приемник
6 - упрощенная

Разделение различных смесей происходит и в природе. Из воздуха оседают частицы пыли, а во время дождя и снега - капельки воды, снежинки. В результате отстаивания мутная вода становится прозрачной. От нерастворимых веществ вода очищается и при прохождении через песок. После испарения воды на берегах лиманов остаются соли, которые были растворены в ней. Из воды, вытекающей из скважины, выделяются растворенные газы.

1 Термин происходит от латинского слова condensatio - сгущение, уплотнение.

Выводы

Каждое вещество содержит примеси. Чистым считают вещество, в котором примесей почти нет.

Смеси веществ бывают однородными и неоднородными. В однородной смеси компоненты невозможно обнаружить наблюдением, а в неоднородной смеси это возможно.

Некоторые физические свойства однородной смеси отличаются от свойств компонентов. В неоднородной смеси свойства компонентов сохраняются.

Неоднородные смеси веществ разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда - действием магнита, а однородные - выпариванием и перегонкой (дистилляцией).

?
29. Какие типы смесей существуют и чем они отличаются?

30. Запишите приведенные слова и словосочетания в соответствующие столбцы помещенной ниже таблицы: алюминий, пепел, газетная бумага, ртуть, воздух, йодная настойка, гранит, лед из чистой воды, углекислый газ, железобетон.

31. Назовите несколько продуктов питания, которые являются растворами.

32. Какой популярный напиток в зависимости от способа приготовления бывает однородной или неоднородной смесью?

33. Можно ли водный раствор поваренной соли превратить в неоднород­ ную смесь? Если можно, то как это сделать?

34. Какие смеси можно разделить фильтрованием: а) смесь песка и гли­ны; б) смесь спирта и медных опилок; в) смесь воды и бензина; г) смесь воды с кусочками пластмассы? Назовите вещества, которые останут­ся на фильтре.

35. Как бы вы разделили смесь: а) поваренной соли и мела; б) спирта и воды? Какие различия в свойствах веществ дают возможность использовать выбранный вами метод?

36. Продумайте эксперимент по разделению смеси поваренной соли, песка, железных и древесных опилок. Составьте его план, кратко опишите каждый этап эксперимента и расскажите об ожидаемых результатах.

Экспериментируем дома

Отстаивание

В два стакана налейте воды. В один стакан насыпьте 1/2 чайной ложки песка, а в другой - столько же крахмала. Одновременно перемешайте обе смеси. С одинаковой ли скоростью оседают частицы веществ в воде? Если нет, то какие частицы оседают быстрее и почему?

Свои наблюдения запишите в тетрадь.

Разделение смеси трех твердых веществ

Смешайте небольшие количества измельченного пенопласта, песка и поваренной соли.

Какие методы можно использовать для разделения этой смеси?

Разделите смесь 1 . Если необходимо нагревание, осуществляйте его очень осторожно.

Каждый этап эксперимента опишите в тетради.

Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. - К.: ВЦ «Академія», 2008. - 136 с.: іл.

Чистое вещество содержит частицы только одного вида. Примерами могут служить серебро (содержит только атомы серебра), серная кислота и оксид углерода (IV) (содержат только молекулы соответствующих веществ). Все чистые вещества имеют постоянные физические свойства, например, температуру плавления (Т пл) и температуру кипения (Т кип).

Вещество не является чистым, если содержит какое-либо количество одного или нескольких других веществ – примесей .

Загрязнения понижают температуру замерзания и повышают температуру кипения чистой жидкости. Например, если в воду добавить соль, температура замерзания раствора понизится.

Смеси состоят из двух или более веществ. Почва, морская вода, воздух – все это примеры различных смесей. Многие смеси могут быть разделены на составные части – компоненты – на основании различия их физических свойств.

Различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные) смеси. Особенностью гомогенной смеси является то, что между компонентами такой смеси не наблюдается поверхности раздела. В этом случае говорят, что данная смесь является однофазной (фаза часть системы отделенная от других частей видимой поверхностью раздела). В пределах одной фазы физические свойства компонентов сохраняются постоянными. К гомогенным системам относятся истинные растворы (размер частиц растворенного вещества соотносится с размерами частиц растворителя и составляет ≤10 -9 м).

Особенностью гетерогенной смеси является то, что мы можем наблюдать поверхность раздела между ее компонентами. При переходе из одной фазы компонента в другую его свойства резко изменяются. Гетерогенные смеси иначе называются дисперсные системы. Дисперсные системы состоят из дисперсионной среды (растворитель, непрерывная фаза) и дисперсной фазы (растворенного вещества или прерывистой фазы)

К гетерогенным смесям относятся дисперсные системы (размер частиц растворенного вещества значительно превышает размер частиц растворителя и составляет ≥10 -9 м). Смеси, в которых размер частиц вещества составляет 10 -7 -10 -9 м, относятся к коллоидным системам.

К дисперсным системам относятся:

Суспензии, смесь, состоящая из твердой и жидкой фазы (обозначение Т/Ж; Т- дисперсная фаза, Ж – дисперсионная среда)

Эмульсии, смесь из 2-х и более несмешивающихся жидкостей (обозначение – Ж/Ж. Дисперсная фаза и дисперсионная среда жидкости различающиеся по плотности и температурам кипения).

Более подробно данные системы будут рассмотрены в теме растворы и дисперсные системы.

1.5. Методы разделения смесей

Традиционными методами, которые используются в лабораторной практике с целью разделения смесей на отдельные компоненты, являются:

фильтрование,

декантация (в химической лабораторной практике и химической технологии механическое отделение твёрдой фазы дисперсной системы (суспензии) от жидкой путём сливания раствора с осадка),

разделение с помощью делительной воронки,

центрифугирование,

выпаривание,

кристаллизация,

перегонка (в том числе фракционная перегонка),

хроматография,

возгонка и другие.

Фильтрование. Для отделения жидкостей от взвешенных в ней мелких твердых частиц применяют фильтрование (рис.37) , т.е. процеживание жидкости через мелкопористые материалы – фильтры , которые пропускают жидкость и задерживают на своей поверхности твердые частицы. Жидкость, прошедшая через фильтр и освобожденная от находившихся в ней твердых примесей, называется фильтратом .

В лабораторной практике часто применяют гладкие и складчатые бумажные фильтры (рис.38) , сделанные из непроклеенной фильтровальной бумаги.

Для фильтрования горячих растворов (например, с целью перекристаллизации солей), применяют специальную воронку для горячего фильтрования (рис.39) с электрическим или водяным обогревом).

Часто применяют фильтрование под вакуумом . Фильтрование под вакуумом используют для ускорения фильтрования и более полного освобождения твердой фазы от жидкой. Для этой цели собирают прибор для фильтрования под вакуумом (рис.40) . Он состоит из колбы Бунзена, фарфоровой воронки Бюхнера, предохранительной склянки и вакуум-насоса (обычно водоструйного).

В случае фильтрования суспензии малорастворимой соли кристаллы последней могут быть промыты дистиллированной водой на воронке Бюхнера для удаления с их поверхности исходного раствора. Для этой цели используют промывалку (рис.41) .

Декантация . Жидкости могут быть отделены от нерастворимых твердых частиц декантацией (рис.42) . Этот метод можно применять, если твердое вещество имеет большую плотность, чем жидкость. Например, если речной песок добавить в стакан с водой, то при отстаивании он осядет на дно стакана, потому что плотность песка больше, чем воды. Тогда вода может быть отделена от песка просто сливанием. Такой метод отстаивания и последующего сливания фильтрата и называется декантацией.

Центрифугирование. Для ускорения процесса отделения очень мелких частиц, образующих в жидкости устойчивые суспензии или эмульсии, используют метод центрифугирования. Этим методом можно разделить смеси жидких и твердых веществ, различающихся по плотности. Разделение проводится в ручных или электрических центрифугах (рис.43) .

Разделение двух несмешивающихся жидкостей, имеющих различную плотность и не образующих устойчивых эмульсий, можно осуществить с помощью делительной воронки (рис.44) . Так можно разделить, например, смесь бензола и воды. Слой бензола (плотность  = 0,879 г/см 3) располагается над слоем воды, которая имеет большую плотность ( = 1,0 г/см 3). Открыв кран делительной воронки, можно аккуратно слить нижний слой и отделить одну жидкость от другой.

Выпаривание (рис.45) – этот метод предусматривает удаление растворителя, например, воды из раствора в процессе нагревания его в выпарительной фарфоровой чашке. При этом выпариваемая жидкость удаляется, а растворенное вещество остается в выпарительной чашке.

Кристаллизация – это процесс выделения кристаллов твердого вещества при охлаждении раствора, например, после его упаривания. Следует иметь в виду, что при медленном охлаждении раствора образуются крупные кристаллы. При быстром охлаждении (например, при охлаждении проточной водой) образуются мелкие кристаллы.

Перегонка - метод очистки вещества основанный на испарении жидкости при нагревании с последующей конденсацией образовавшихся паров. Очистка воды от растворенных в ней солей (или других веществ, например, красящих) перегонкой называется дистилляцией , а сама очищенная вода – дистиллированной.

Фракционная перегонка (дистилляция) (рис.46) применяется для разделения смесей жидкостей с различными температурами кипения. Жидкость с меньшей температурой кипения закипает быстрее и раньше проходит через фракционную колонку (или дефлегматор ). Когда эта жидкость достигает верха фракционной колонки, то попадает в холодильник , охлаждается водой и через аллонж собирается в приемник (колбу или пробирку).

Фракционной перегонкой можно разделить, например, смесь этанола и воды. Температура кипения этанола 78 0 С, а воды 100 0 С. Этанол испаряется легче и первым попадает через холодильник в приемник.

Возгонка – метод применяется для очистки веществ, способных при нагревании переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Далее пары очищаемого вещества конденсируются, а примеси, не способные возгоняться, отделяются.

В химии существуют понятия чистых веществ и смесей. Чистые содержат молекулы только одного вещества. В природе преобладают смеси, состоящие из разных веществ.

Понятия

Все вещества можно разделить на две категории - чистые и смешанные. К чистым веществам относятся элементы и соединения, состоящие из одинаковых атомов, молекул или ионов. Это вещества с постоянным составом, сохраняющие постоянные свойства.
Примерами чистых веществ являются:

• металлы и инертные газы, состоящие из атомов;
• вода, состоящая из молекул воды;
• поваренная соль, состоящая из катионов натрия и анионов хлора.

Рис. 1. Чистые вещества.

Если в воду подмешать сахар, она перестанет быть чистым веществом, образуется смесь. Смеси состоят из нескольких разных по структуре чистых веществ, которые называются компонентами. Смеси могут иметь любое агрегатное состояние. Например, воздух - это смесь различных газов (кислорода, водорода, азота), бензин - смесь органических веществ, латунь - смесь цинка и меди.

Рис. 2. Смеси.

Каждое вещество сохраняет свои свойства, поэтому вода с солью - солёная, а сплав с железом притягивается магнитом. Однако свойства самой смеси могут меняться в соответствии с количественным и качественным составом компонентов. Например, дистиллированная вода, прошедшая максимальную очистку, в зависимости от добавленных веществ может приобрести сладкий, кислый, солёный или кисло-солёный вкус. Причём, чем выше концентрация определённого вещества, тем сильнее выражен определённый вкус.

По структуре смеси могут быть однородными или сочетать вещества в разных агрегатных состояниях. В соответствии с этим выделяют:

• гомогенные или однородные - частицы нельзя обнаружить без химического анализа, их показатель одинаков в любом месте пробы (сплав металлов);
• гетерогенные или неоднородные - частицы легко обнаружить, их частота неоднородна в разных местах смеси (вода с песком).

К гетерогенным смесям относятся:

• суспензии - смеси твёрдых и жидких веществ (угля и воды);
• эмульсии - смеси разных по плотности жидкостей (масла и воды).

Если один компонент уступает по массе в десятки раз другому компоненту, то его называют примесью.

Способы очистки

Абсолютно чистых веществ не существует. Чистыми веществами считают вещества, содержащие незначительное количество примесей, которые не отражаются на физических и химических свойствах вещества. Чтобы максимально очистить вещество, используются способы разделения смесей:

• отстаивание - оседание тяжёлых веществ в жидкостях;
• фильтрация - отделение частиц от жидкости с помощью фильтров;
• выпаривание - нагревание раствора до испарения влаги;
• применение магнита - выделение с помощью намагничивания;
• дистилляция - разделение веществ с разной температурой кипения;
• адсорбция - скопление одного вещества на поверхности другого.

Металлы от неметаллов можно отделить с помощью флотации. Это процесс, основанный на способности к намоканию веществ. Таким способом отделяют железо от серы: железо намокает и оседает на дно, а сера не намокает и остаётся на поверхности воды.

Рис. 3. Флотация.

Что мы узнали?

Из урока химии 8 класса узнали о понятиях смесей и чистых веществ. Элементы и соединения, состоящие из однородных молекул, атомов или ионов, а также обладающие постоянными свойствами, называются чистыми. Смеси включают несколько чистых веществ разной концентрации и структуры. Соединения могут смешиваться полностью, образуя однородные вещества, или соединяться неоднородно. Для разделения смесей используют различные методы.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 327.

§ 13. СМЕСИ И ИХ СОСТАВ

В повседневной жизни мы редко сталкиваемся с чистыми веществами. В качестве немногочисленных примеров чистых веществ можно привести сахар, пер манганат калия (марганцовку), поваренную соль (да и то, если в нее не внесены различные добавки, напри мер, содержащие йод для профилактики заболеваний щитовидной железы) (рис.7). Значительно чаще нас окружают смеси веществ, которые содержат два или более индивидуальных соединения, называемых компонентами смеси.

Рис.7. Сахар (а), перманганат калия (б), соль (в) – примеры
чистых веществ, используемых в быту

Смеси различаются величиной входящих в их состав частиц веществ. Иногда эти частицы бывают довольно крупными: если смешать речной песок с сахарным, вы без труда отличите отдельные кристаллики друг от друга.

Смеси , в которых частички составляющих их веществ видны невооруженным глазом или под микроскопом, называются неоднородными , или гетерогенными . К подобным смесям можно отнести, например, стиральный порошок, кулинарные смеси для выпечки блинов или тортов, строительные смеси.
Есть смеси, при образовании которых вещества дробятся на мельчайшие частицы (молекулы, ионы), не различимые даже в микроскоп. Как бы вы ни всматривались в воздух, различить визуально молекулы составляющих его газов вам не удастся. Бесполезно искать «неоднородность» в растворах уксусной кислоты или поваренной соли в воде. Такие смеси называются однородными , или гомогенными .
Гомогенные смеси, как и химические вещества, по агрегатному состоянию можно разделить на газообразные, жидкие и твердые. Наиболее известными вам природными смесями газов являются воздух, уже знакомые вам природный и попутный нефтяной газы.
Безусловно, самой распространенной на Земле жидкой смесью, а точнее раствором, является вода морей и океанов. В одном литре морской воды в среднем содержится 35 г солей, основная часть из которых приходится на хлорид натрия. В отличие от чистой воды, морская имеет горько-соленый вкус, замерзает не при 0 °С, а при –1,9 °С.
С жидкими смесями в повседневной жизни вы сталкиваетесь постоянно. Шампуни и напитки, микстуры и препараты бытовой химии – все это смеси веществ. Даже
воду из-под крана нельзя считать чистым веществом: в ней содержатся растворенные соли, мельчайшие нерастворимые примеси и микроорганизмы, от которых частично избавляются хлорированием или озонированием. Однако и в этом случае воду рекомендуется кипятить. Специальные бытовые фильтры помогут сделать воду пригодной для питья и очистить ее не только от твердых частиц, но и от некоторых растворенных примесей. Широко распространены и твердые смеси. Как мы уже говорили, горные породы представляют собой смесь нескольких веществ. Почва, глина, песок – это тоже смеси. К твердым искусственным смесям можно отнести стекло, керамику, сплавы. Каждому знакомы кулинарные смеси или смеси, образующие стиральные порошки.
Как вам известно из биологии, состав воздуха, который мы вдыхаем и затем выдыхаем, неодинаков. В выдыхаемом воздухе становится меньше кислорода, зато больше углекислого газа и водяного пара. Но «больше» и «меньше» – понятия относительные.
Состав смесей можно выразить количественно, т.е. в цифрах. Состав газовой смеси выражают объемной долей каждого из ее компонентов.
Объемной долей газа в смеси называют отношение объема данного газа к общему объему смеси, выраженное в долях единицы или процентах.
ϕ(газа) = V ( газа ) х 100 (%). V ( смеси )
Объемную долю газа в смеси обозначают буквой ϕ (фи). Эта величина показывает, какую часть общего объема смеси занимает конкретный газ. Например, вы знаете, что объемная доля кислорода в воздухе составляет 21 %, азота – 78 %. Оставшийся 1 % приходится на благородные газы, углекислый газ и другие компоненты воздуха.
Очевидно, что сумма объемных долей всех газов в смеси равна 100 %.
Состав жидких и твердых смесей принято выражать величиной, которая называется массовой долей компонента.
Массовой долей вещества в смеси называют отношение массы данного вещества к общей массе смеси, выраженное в долях единицы или процентах.
ω(вещества) = m (в-ва) х 100 (%). m ( смеси )

Практически любая таблетка в домашней аптечке – это спрессованная смесь одного или нескольких лекарственных веществ и наполнителя, в качестве которого могут выступать гипс, крахмал, глюкоза. Строительные и кулинарные смеси, парфюмерные композиции и краски, удобрения и пластмассы имеют состав, который может быть выражен в массовых долях образующих их компонентов.
Вещества с примесями – это тоже смеси. Только в таких смесях принято выделять главное (основное) вещество, а посторонние компоненты называют одним словом – примеси. Чем их меньше, тем чище вещество.

В некоторых областях техники использование недостаточно чистых веществ недопустимо. В атомной энергетике предъявляются повышенные требования не только к чистоте ядерного топлива, но и к веществам, из которых сделаны сами установки. Микросхему компьютера не сделать без особо чистого кристалла кремния. Световой сигнал в стекловолоконном кабеле, «наткнувшись» на посторонние примеси, «погаснет».
Чтобы разделить компоненты смеси или очистить основное вещество от примесей, используют различные приемы и методы. Как правило, вещества в смеси сохраняют свои физические свойства: температуру кипения, температуру плавления, растворимость в различных растворителях. Поскольку свойства одного вещества отличаются
от свойств другого, существует возможность разделения смеси на отдельные компоненты. Часто используют переход веществ из одного агрегатного состояния в другое.
Разделение смесей жидких веществ основано на различии в их температурах кипения. Такой процесс, как вы знаете на примере переработки нефти, называют ректификацией, или перегонкой. Вы уже знаете, что любые газы смешиваются в любых соотношениях. А можно ли из смеси газов выделить отдельные компоненты? Задача не из простых. Но ученые предложили очень эффектное решение. Смесь газов можно превратить в жидкость и подвергнуть ее перегонке. Например, воздух при сильном охлаждении и сжатии сжижают, а затем позволяют выкипать одному за другим отдельным компонентам, поскольку они имеют различные температуры кипения. Первым из
жидкого воздуха испаряется азот, у него самая низкая температура кипения (–196 °С). Затем из жидкой смеси кислорода и аргона можно удалить аргон (–186 °С).
Остается практически чистый кислород (его температура кипения –183 °С, рис. 8), который вполне годится для газовой сварки, химического производства, а также для медицинских целей.
Перегонку используют не только для разделения смесей на отдельные компоненты, но и для очистки веществ.
Вода из-под крана чиста, прозрачна, не имеет запаха… Но чистое ли это вещество с точки зрения химика? Загляните в чайник: накипь и коричневатый налет остаются в
результате многократного кипячения в нем воды. А известковый налет на кранах? И природная, и водопроводная вода – это смесь, раствор твердых и газообразных веществ.

Рис. 8. В жидком виде
кислород окрашен в светло-
голубой цвет

Конечно, их содержание в воде очень мало, но эти примеси могут привести не только к образованию накипи, но и к более серьезным последствиям. Не случайно лекарства для инъекций, растворы реактивов, электролит для автомобильного аккумулятора готовят только с использованием очищенной воды, называемой дистиллированной.
Откуда взялось такое название? Все дело в том, что перегонку по-другому называют дистилляцией. Сущность дистилляции состоит в том, что смесь нагревают до кипения, образующиеся пары чистого вещества отводят, охлаждают и вновь превращают в жидкость. Но она уже не содержит загрязняющих примесей.
В лабораторных условиях перегонку ведут на специальной установке (рис. 9). В перегонную колбу, снабженную термометром, наливают разделяемую смесь, например воду с растворенными в ней веществами, и нагревают до кипения. Колба соединена с нисходящим холодильником – устройством для конденсации паров кипящего вещества. С этой целью в рубашку холодильника по резиновым шлангам подается холодная вода. Сконденсированные в холодильнике капли чистого вещества попадают в колбу-приемник.

Рис. 9. Лабораторная установка для перегонки жидкостей:
1 – перегонная колба; 2 – термометр; 3 – холодильник;
4 – приемник

Как поступить, если требуется выделить из раствора не жидкость, а растворенное в ней твердое вещество? Для этого используют метод кристаллизации. Выделить твердое вещество из раствора методом кристаллизации можно выпариванием растворителя. Для этого предназначены специальные фарфоровые чашки (рис. 10).

Рис. 10. Выпаривание
раствора в фарфоровой
чашке

Этот способ широко применяется для добычи соли из концентрированных растворов соляных озер.
Кругом полынь и привкус хины,
И, крепким натром солона,
Цветную от лучей равнину
Чуть лижет ровная волна.
Н.Ушаков
В природе соляные озера – это своеобразные гигантские чаши. За счет испарения воды на берегах таких озер кристаллизуется огромное количество соли, которая после очистки попадает к нам на стол (рис. 11).

Рис. 11. Добыча соли на соляных озерах
При проведении кристаллизации не обязательно испарять растворитель. Известно, что при нагревании растворимость большинства твердых веществ в воде увеличивается, при охлаждении насыщенного при нагревании раствора некоторое количество кристаллов выпадет в осадок.
Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. К 5 г оранжевых кристаллов дихромата калия добавляют несколько кристалликов перманганата калия (марганцовки) в качестве примеси. Смесь растворяют в 8–10 мл кипящей воды. При охлаждении раствора растворимость дихромата калия резко понижается, вещество выпадает в осадок. Кристаллы очищенного от марганцовки дихромата отделяют, промывают несколькими миллилитрами ледяной воды. Если растворить очищенное вещество в воде, то по цвету раствора можно определить, что перманганата калия оно не содержит, он остался в исходном растворе.
Для выделения из жидкостей нерастворимых веществ используют метод отстаивания . В его основе лежит различная плотность веществ. Если частички твердого вещества достаточно крупные, они быстро оседают на дно, а жидкость становится прозрачной (рис. 12). Ее можно осторожно слить с осадка. Чем меньше размер твердых частиц в жидкости, тем дольше будет отстаиваться смесь.

Рис. 12. Отстаивание почвы в воде

Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. В стеклянный стакан насыпьте немного порошка для чистки посуды и налейте полстакана воды. Образуется мутная смесь.
Жидкость станет прозрачной только на следующий день. Почему эта смесь отстаивается так долго? Отстаиванием разделяют и смеси двух нерастворимых друг в друге жидкостей. Если в систему смазки автомобиля попала вода, масло придется слить. Однако через некоторое время смесь расслоится. Вода, имеющая бóльшую плотность, образует нижний слой, сверху находится слой масла. Аналогично отстаивается смесь воды и нефти, воды и растительного масла.

Для разделения таких смесей удобно пользоваться
особой лабораторной посудой, называемой делительной воронкой (рис. 13).

Рис. 13. Разделение двух несмешивающихся жидкостей с помощью делительной воронки
Л а б о р а т о р н ы й о п ы т. В коническую колбу наливают равные объемы воды и растительного масла. При интенсивном взбалтывании вода и масло разбиваются на мелкие капельки, образуя мутную смесь. Ее переливают в делительную воронку. Через некоторое время смесь расслаивается на более тяжелый водный слой и масло, всплывающее наверх. Открывая краник делительной воронки, водный слой отделяют от масляного.
Отделить частицы твердого нерастворимого вещества от жидкости можно с помощью фильтрования. В лаборатории для этого используется специальная пористая бумага, называемая фильтровальной. Частицы твердого вещества не проходят через поры бумаги и остаются на фильтре. Жидкость с растворенными в ней веществами (ее называют фильтрат) свободно просачивается через него и становится совершенно прозрачной.
Фильтрование – очень распространенный процесс и в быту, и в технике, и в природе. На водоочистительных станциях воду фильтруют через слой чистого песка, на котором задерживается ил, примеси нефтепродуктов, частицы почвы и глины. Топливо и масло в двигателе автомобиля обязательно проходят через фильтрующие элементы. Клеточные мембраны, стенки кишечника или желудка – это тоже своеобразные биологические фильтры, поры которых пропускают одни вещества и задерживают другие.
Фильтровать можно не только жидкие смеси. Не раз вы видели людей в марлевых повязках, да и самим, наверное, приходилось ими пользоваться. Несколько слоев марли с проложенной между ними ватой очищают вдыхаемый воздух от частиц пыли, смога, болезнетворных микробов (рис. 14). В промышленности для защиты органов дыхания от пыли используют специальные устройства, называемые респираторами. Воздух, попадающий в двигатель автомобиля, тоже очищают от пыли тканевыми или бумажными фильтрами.

Рис. 14. Медики и микробиологи защищают органы дыхания специальными повязками.

? 1. Что такое смесь? Какие типы смесей выделяют по агрегатному состоянию образующих их веществ, по признаку однородности?
2. Корректно ли словосочетание «молекулы воздуха»? Почему? Назовите постоянные, переменные и случайные составные части воздуха. Сделайте предположение об относительном содержании отдельных компонентов в воздухе после грозы, в глубоких ущельях и на горных вершинах, в лесопарковой зоне и вблизи крупного промышленного предприятия.

3. Какой объем кислорода содержится в 500 м3 (н.у.) воздуха?
4. В природном газе некоторого месторождения объемные доли предельных углеводородов равны: метан – 85 %, этан – 10 %, пропан – 4 % и бутан – 1 %. Какой объем каждого из газов может быть получен из 125 л природного газа (н.у.)?
5. В состав сухой цементной смеси для штукатурных работ входят 25 % цемента и 75 % песка. Сколько килограммов каждого компонента нужно взять для приготовления 150 кг такой смеси?
6. Назовите известные вам способы разделения смесей. Что лежит в основе каждого из них? Предложите способ разделения следующих смесей:
а) железных и медных стружек;
б) песка и древесных опилок;
в) бензина и воды;
г) меловой побелки (разделить на мел и воду);
д) раствора этилового спирта в воде.
7. В период эпидемии гриппа врачи рекомендуют носить марлевые повязки. Для чего? Как изготовить такую повязку? Как долго ее можно носить? Как восстановить защитные свойства повязки?
8. Старатели отделяли золотой песок от обыкновенного, взмучивая грунт в воде и сливая мутную жидкость с осадка. Отсюда и пошло выражение «мыть золото». Как вы думаете, на каком свойстве золотого песка основано его отделение от песчинок пустой породы?
9. Подготовьте сообщения на темы: «Краски в руках художника» и «Знаменитые парфюмеры" с использованием ресурсов Интернета.