§ 4. Индивидуальные вещества и смеси веществ

Определения и обозначения

Индивидуальное вещество — вещество с постоянным составом и характерными свойствами. Это значит, что разные образцы одного и того же вещества состоят из одинаковых частиц в одном и том же соотношении. Понятие помогает отличать чистое вещество от образца, в котором смешаны разные компоненты.

Смесь веществ — сочетание двух или нескольких веществ, каждое из которых сохраняет свои свойства. Количество компонентов и их соотношение могут быть разными: в одной порции солёной воды соли больше, чем в другой. Это определение нужно, чтобы понимать, почему свойства смеси зависят от того, сколько каждого вещества в неё входит.

Однородная смесь — смесь, в которой компоненты равномерно распределены и образец выглядит одинаково во всём объёме. Отдельные части компонентов обычно нельзя различить глазом, как в воздухе или растворе соли. Такое описание помогает распознать смесь, которая внешне похожа на одно вещество, но состоит из нескольких.

Неоднородная смесь — смесь, в которой компоненты распределены неравномерно и могут быть видны по отдельности либо образовывать разные части, называемые фазами. Например, в воде с песком заметны твёрдые частицы, а масло может отделиться от воды отдельным слоем. Это понятие подсказывает, что состав образца неодинаков в разных местах.

Как это устроено

У индивидуального вещества состав постоянен, потому что образец состоит из частиц одного определённого вида. Если вещество чистое, изменение количества образца меняет его массу, но не соотношение составляющих его частиц. В смеси же можно добавить или убрать один компонент, не меняя остальные, поэтому состав двух порций может отличаться. Именно изменчивость соотношения компонентов помогает отличить смесь от индивидуального вещества.

Чтобы различить однородную и неоднородную смеси, нужно представить, как компоненты распределены среди частиц друг друга. В однородной смеси частицы компонентов перемешаны равномерно, поэтому небольшие порции из разных мест имеют примерно одинаковый состав. В неоднородной смеси где-то может оказаться больше одного компонента, а где-то — другого. Из-за этого возникают видимые части или слои, хотя иногда очень мелкие частицы трудно заметить без увеличения.

В смеси каждое вещество остаётся тем же компонентом: при обычном смешивании оно не превращается в новое вещество. Например, железные опилки в смеси с песком продолжают притягиваться магнитом, а песок остаётся твёрдым и не растворяется в воде. Но свойства смеси зависят от её состава: солёная вода будет тем солонее, чем больше в ней растворённой соли. Поэтому при описании смеси учитывают и свойства компонентов, и их количество.

Компоненты смеси можно разделить физически, потому что они сохраняют собственные свойства и не обязательно связаны химическим превращением. Фильтр задерживает нерастворимые твёрдые частицы, магнит притягивает железо, а выпаривание удаляет жидкость, оставляя растворённое твёрдое вещество. При таких действиях компоненты не становятся другими веществами: меняется только то, где они находятся. Химические реакции для обычного разделения смеси не нужны.

Способ разделения выбирают по тому, чем компоненты отличаются друг от друга. Крупные частицы можно отделить просеиванием или фильтрованием, растворимость позволяет отделить растворимое вещество от нерастворимого, а разница плотностей — разделить слои или осадок и жидкость. Если вещества кипят при разных температурах, их можно разделить перегонкой: один компонент испаряется раньше другого, а затем пар охлаждают. Сначала определяют свойства компонентов, затем подбирают подходящий способ или соединяют несколько способов в нужном порядке.

Индивидуальные вещества и смеси веществ

Сравнивайте образец по строкам: сначала установите число компонентов и постоянство состава, затем оцените свойства и внешний вид. Если компонентов несколько, обратите внимание, равномерно ли они распределены. Последняя строка показывает, можно ли разделить образец физическими способами.

Разбор задач

Задача 1. Распределите дистиллированную воду, воздух и почву на индивидуальное вещество, однородную и неоднородную смеси. Чтобы решить задачу, выясним, сколько компонентов входит в каждый образец и как они распределены. Один только внешний вид не всегда позволяет определить чистоту вещества. Поэтому для каждого примера проверим состав и однородность.

1. Дистиллированная вода — индивидуальное вещество: при условии задачи это очищенная вода постоянного состава.
2. Воздух — однородная смесь газов: компоненты распределены равномерно и не видны по отдельности.
3. Почва — неоднородная смесь: в ней есть разные частицы и компоненты, которые распределены неравномерно.

Ответ: дистиллированная вода — индивидуальное вещество, воздух — однородная смесь, почва — неоднородная смесь.

Задача 2. Предложите способ разделить песок и поваренную соль. Здесь важно, что соль растворяется в воде, а песок — нет. Значит, можно сначала перевести соль в раствор, а затем отделить твёрдый песок. После этого нужно вернуть соль из раствора в твёрдом виде.

1. Добавьте к смеси воду и перемешайте, чтобы соль растворилась.
2. Пропустите смесь через фильтр: песок останется на фильтре, а раствор соли пройдёт сквозь него.
3. Выпарите воду из раствора, чтобы получить кристаллы соли.

Ответ: растворение, фильтрование, затем выпаривание. Каждый шаг основан на различии растворимости компонентов или на испарении воды.

Задача 3. Как разделить железные опилки, песок и соль? Применим свойства по очереди, чтобы каждый шаг отделял один компонент от остальных. Железо притягивается магнитом, соль растворяется в воде, а песок в ней не растворяется. Поэтому после магнитного отделения остаётся смесь песка и солёной воды, которую можно разделить фильтрованием и выпариванием.

1. Поднесите магнит и соберите железные опилки.
2. Добавьте воду к песку и соли, перемешайте и пропустите смесь через фильтр: песок останется на фильтре.
3. Выпарите воду из прошедшего через фильтр раствора, чтобы получить соль.

Ответ: магнитное разделение, растворение, фильтрование, выпаривание. Порядок выбран так, чтобы использовать различия магнитных свойств и растворимости, а затем удалить воду.

Типичные ошибки

Прозрачность не означает, что перед нами индивидуальное вещество. Так ошибаются, потому что растворённые частицы часто не видны глазом. Солёная вода прозрачна, но содержит воду и соль. Проверьте себя: подумайте, может ли в образце быть больше одного компонента, даже если он выглядит чистым.

Однородность — не то же самое, что чистота: однородная смесь может состоять из нескольких веществ. Её принимают за индивидуальное вещество, потому что компоненты распределены равномерно и образец выглядит одинаково. Например, воздух однороден, но содержит несколько газов. Проверьте, одинаков ли состав в разных местах, и отдельно выясните, сколько компонентов в образце.

Компоненты смеси обычно не утрачивают свои свойства при смешивании. Такое заблуждение возникает, когда свойства самой смеси принимают за свойства каждого компонента. Железо в песке всё ещё притягивается магнитом, хотя смесь в целом ведёт себя иначе, чем чистое железо. Чтобы проверить себя, спросите, можно ли обнаружить отдельное свойство компонента после смешивания.

Фильтрование, выпаривание и магнитное разделение обычно не являются химическими превращениями. Ошибка появляется, когда любое изменение внешнего вида считают появлением новых веществ. При физических способах компоненты сохраняют свой состав, а разделяются благодаря различиям свойств. Проверьте себя: не образовалось ли новое вещество и можно ли собрать исходные компоненты отдельно.

Связь с другими темами

Для понимания этой темы нужно знать, что вещества состоят из частиц и могут находиться в разных агрегатных состояниях. Это помогает представить распределение компонентов в газе, жидкости или твёрдом образце. Постоянство состава индивидуального вещества пригодится при изучении химических формул и соединений. А способы разделения смесей встречаются при изучении очистки веществ и практических методов химии.

Что запомнить

• Индивидуальное вещество имеет постоянный состав.
• Смесь состоит из нескольких веществ, а её состав может меняться.
• Компоненты смеси сохраняют свои свойства.
• Однородная смесь выглядит одинаковой во всём объёме.
• В неоднородной смеси можно различить отдельные части или фазы.
• Компоненты смеси разделяют физическими способами, используя различия их свойств.