§ 24. Чистые вещества и смеси

Определения и обозначения

Чистое вещество состоит из частиц одного вида и имеет постоянный состав. Поэтому у него есть характерные физические свойства, например определённая температура плавления или кипения. Это понятие помогает отличить одно вещество от набора разных веществ.

Смесь образована несколькими веществами, каждое из которых сохраняет свои свойства. Количество компонентов в смеси может быть разным, поэтому её состав не является постоянным. Понятие смеси нужно, чтобы описывать большинство веществ, встречающихся в природе и быту.

Однородная смесь имеет одинаковый состав во всём объёме, а её отдельные компоненты невозможно различить глазом. Например, в растворе соли частицы соли распределены между частицами воды равномерно. Однородность показывает, что небольшая порция смеси по составу похожа на любую другую.

Неоднородная смесь имеет неодинаковый состав в разных частях, и её компоненты или их части можно различить. Таковы смесь песка с водой и салат из овощей. Это определение помогает понять, почему неоднородные смеси часто удаётся разделить отстаиванием или фильтрованием.

Как это устроено

В природе чистые вещества встречаются реже, чем смеси, потому что вещества соприкасаются и смешиваются в воздухе, воде и почве. В природных условиях постоянно происходят испарение, растворение, выветривание и перенос частиц. Поэтому речная вода, воздух и горные породы обычно содержат несколько компонентов.

При смешивании вещества не превращаются друг в друга, потому что между их частицами не обязательно происходит химическая реакция. Частицы воды и соли в растворе остаются частицами воды и соли, хотя распределяются равномерно. Именно сохранение свойств позволяет затем обнаружить компоненты и вернуть их раздельно.

Главный признак однородной смеси — равномерность состава во всём объёме. Если в любой взятой порции соотношение компонентов одинаково, смесь считают однородной, даже когда её составные части не видны. В неоднородной смеси разные участки отличаются по составу, поэтому компоненты или отдельные слои можно наблюдать.

Смеси разделяют физическими способами, потому что при таких действиях не образуются новые вещества. Например, фильтр задерживает твёрдые частицы, а вода проходит через него; после операции и песок, и вода остаются теми же веществами. Разделение отличается от химического превращения, при котором исходные вещества превращаются в другие.

Метод разделения выбирают по различию свойств компонентов. Крупные нерастворимые частицы отделяют фильтрованием, растворённое вещество получают выпариванием, жидкости с разными температурами кипения разделяют перегонкой. Если один компонент притягивается магнитом, используют магнитные свойства.

Сравнение чистого вещества и смесей

Сначала определите, один ли компонент представлен в образце или несколько. Если компонентов несколько, проверьте равномерность состава: это позволит отличить однородную смесь от неоднородной.

Последнюю строку таблицы используют только после изучения свойств компонентов. Один и тот же способ подходит не для всякой смеси: раствор соли нельзя разделить обычным фильтрованием.

Разбор задач

Задача 1. Определите, что представляет собой воздух: чистое вещество или смесь; если смесь, то однородная она или неоднородная.

Нужно выяснить, из одного ли вещества состоит воздух, а затем оценить распределение его компонентов. Отдельные газы в обычном воздухе не видны, поэтому одного наблюдения недостаточно.

1. Воздух содержит азот, кислород, углекислый газ и другие газы, значит, это не чистое вещество.
2. В обычных условиях эти газы равномерно перемешаны во всём объёме.
3. Отдельные компоненты глазами не различаются, поэтому смесь относят к однородным.

Ответ: воздух — однородная смесь газов.

Задача 2. Предложите способ разделить смесь железных опилок и песка.

В смеси находятся два твёрдых вещества, но их частицы могут быть похожи по размеру. Поэтому фильтрование не даст нужного результата, зато железо обладает магнитными свойствами, а песок магнитом не притягивается.

1. Поднесите магнит к смеси или проведите им над смесью.
2. Железные опилки притянутся к магниту и отделятся от песка.
3. Снимите опилки с магнита в отдельную ёмкость, используя бумагу или другой удобный слой.

Ответ: смесь разделяют магнитом; способ основан на различии магнитных свойств железа и песка.

Задача 3. Разделите смесь песка, поваренной соли и воды и получите каждый компонент.

Песок в воде не растворяется, соль растворяется, а вода может испаряться. Значит, сначала нужно удалить нерастворимый песок, а затем разделить раствор соли и воды.

1. Пропустите смесь через фильтр: песок останется на фильтре, а раствор соли пройдёт в сосуд.
2. Высушите песок, чтобы удалить оставшуюся воду, и получите первый компонент.
3. Выпаривайте воду из фильтрата до образования кристаллов соли; воду можно собрать отдельно, если проводить перегонку, а не простое выпаривание.

Ответ: фильтрование отделяет песок, затем выпаривание даёт соль; для получения и воды применяют перегонку раствора.

Типичные ошибки

Прозрачную жидкость считают чистым веществом. Раствор соли или сахара тоже прозрачен, хотя содержит несколько веществ. Проверьте не внешний вид, а состав: если компонентов несколько, перед вами смесь.

Смесью называют любое вещество, где много частиц. Любое вещество состоит из огромного числа частиц, но у чистого вещества они одного вида. Спросите себя, отличаются ли частицы по составу, а не просто посчитайте их количество.

Однородную смесь путают с чистым веществом. Одинаковый состав во всём объёме не доказывает, что компонент только один: воздух тоже однороден. Нужно установить, состоит ли образец из одного вещества или из нескольких равномерно перемешанных.

Считают, что при разделении компоненты превращаются в другие вещества. Фильтрование, действие магнита и выпаривание используют физические свойства и не меняют состав компонентов. Проверить себя можно так: после разделения должны быть получены исходные вещества, а не новые.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что такое вещество, частицы вещества и физические свойства. Эти понятия помогают понять, почему одинаковый внешний вид не всегда означает одинаковый состав.

Знания о смесях пригодятся при изучении растворов и способов разделения веществ. Они также помогают отличать физические процессы, например фильтрование, от химических превращений, при которых образуются новые вещества.

Что запомнить

• Чистое вещество состоит из частиц одного вида.
• Смесь содержит несколько веществ, сохраняющих свои свойства.
• Состав смеси может изменяться.
• Однородная смесь имеет одинаковый состав во всём объёме.
• В неоднородной смеси компоненты распределены неравномерно.
• Смеси разделяют физическими способами, выбирая их по различию свойств компонентов.