§ 24. Чистые вещества и смеси

Определения и обозначения

Чистое вещество состоит из частиц одного вида и имеет постоянный состав. Например, в образце чистой поваренной соли находятся только частицы хлорида натрия. Это понятие помогает отличать отдельное вещество от материала, в котором соединены разные компоненты.

Смесь состоит из частиц двух или нескольких веществ, которые сохраняют свои свойства. В солёной воде есть частицы воды и соли, а не частицы совершенно нового вещества. Определение нужно, чтобы понимать: состав смеси можно изменять, добавляя или удаляя один из компонентов.

Однородная смесь имеет одинаковый состав во всём объёме, поэтому отдельные компоненты нельзя увидеть невооружённым глазом. К таким смесям относятся раствор сахара в воде и воздух. Однородность показывает равномерность распределения частиц, но не означает, что смесь стала чистым веществом.

Неоднородная смесь имеет неодинаковый состав в разных частях, а её компоненты или отдельные части можно обнаружить визуально либо с помощью приборов. Примеры — песок с водой и смесь железных опилок с песком. Такое различие подсказывает, каким способом смесь удобнее разделять.

Как это устроено

В смеси частицы разных веществ находятся рядом, но при обычном смешивании не превращаются в частицы нового вещества. Поэтому соль сохраняет способность растворяться в воде, железо притягивается магнитом, а песок остаётся нерастворимым. Именно сохранение свойств позволяет обнаружить компоненты и отделить их друг от друга.

Состав чистого вещества постоянен, потому что в его частицах сохраняется один и тот же набор элементов и их соотношение. В смеси количество компонентов может быть разным: в одном стакане воды можно растворить мало соли, а в другом — больше. Значит, изменение количества компонентов меняет состав смеси, но не создаёт автоматически новое вещество.

Растворы и другие однородные смеси одинаковы по составу в каждой части образца, поэтому кажутся едиными. Раствор соли в воде прозрачен, а воздух невидим, хотя каждый из них содержит несколько веществ. Неоднородные смеси ведут себя иначе: масло и вода образуют разные слои, а частицы мела в воде постепенно оседают.

Разделить смесь можно физическим способом, если использовать различие в свойствах её компонентов. При фильтровании жидкость проходит через поры фильтра, а крупные нерастворимые частицы задерживаются. При действии магнита отделяются магнитные частицы, не изменяя состав остальных компонентов.

Способ разделения выбирают по конкретному различию свойств. Размер частиц используют при просеивании или фильтровании, растворимость — при растворении и последующем отделении нерастворимого вещества. Разную плотность используют при отстаивании, а разные температуры кипения — при перегонке; растворитель затем можно удалить выпариванием.

Сравнение чистых веществ и смесей

Сначала по таблице определите, один вид частиц находится в образце или несколько. Затем проверьте постоянство состава и возможность обнаружить компоненты. Если веществ несколько, смотрите, одинаков ли состав во всём объёме: это отличает однородную смесь от неоднородной.

Последняя строка помогает закрепить признак на конкретных примерах. Раствор соли выглядит единым, но остаётся смесью, а чистая соль имеет постоянный состав.

Разбор задач

Задача 1. Чистая поваренная соль

Нужно определить, что представляет собой образец поваренной соли без примесей. Ключевая подсказка — отсутствие других веществ в образце. Значит, нужно применить определение чистого вещества, а не ориентироваться только на внешний вид кристаллов.

1. Установим, какие частицы входят в образец: только частицы поваренной соли.
2. Проверим состав: если примесей нет, соотношение частиц остаётся постоянным.
3. Сравним с определением: частицы одного вида и постоянный состав соответствуют чистому веществу.

Ответ: образец является чистым веществом. Он состоит из частиц одного вещества и не содержит примесей, поэтому его состав постоянен.

Задача 2. Классификация образцов

Нужно классифицировать воздух, раствор соли в воде и песок с водой. Для каждого образца проверим число веществ, равномерность состава и возможность увидеть компоненты. Важно не путать однородность с чистотой.

1. Воздух содержит несколько газов, но они равномерно распределены, поэтому это однородная смесь.
2. Раствор соли в воде содержит соль и воду; соль не видна, а состав одинаков в каждой части, поэтому это однородная смесь.
3. В песке с водой частицы распределены неравномерно, песок можно обнаружить и отделить, поэтому это неоднородная смесь.

Ответ: воздух и раствор соли в воде — однородные смеси, а песок с водой — неоднородная смесь. Ни один из этих образцов не является чистым веществом.

Задача 3. Железные опилки, песок и соль

Нужно разделить смесь трёх твёрдых веществ. У железа есть магнитные свойства, соль растворяется в воде, а песок не растворяется. Поэтому порядок действий должен использовать эти различия и не смешивать отделённые компоненты снова.

1. Поднесём магнит и соберём железные опилки; песок и соль магнитом не притягиваются.
2. К оставшимся песку и соли добавим воду и перемешаем: соль растворится, а песок останется твёрдым.
3. Профильтруем смесь: песок задержится на фильтре, раствор соли пройдёт дальше.
4. Выпарим воду из раствора, чтобы получить соль. Вода удалится, а растворённое вещество останется.

Ответ: сначала отделяют железо магнитом, затем растворяют соль в воде, фильтрованием отделяют песок и выпариванием получают соль. Все этапы являются физическими способами и не превращают компоненты в новые вещества.

Типичные ошибки

Ошибка: называть раствор чистым веществом, потому что он выглядит однородным. Так происходит из-за смешения двух признаков: равномерного состава и наличия только одного вещества. Проверьте, сколько видов частиц присутствует: вода и растворённая соль означают смесь.

Ошибка: считать, что компоненты смеси теряют свои свойства. При обычном смешивании частицы не превращаются в новые, поэтому магнит продолжит притягивать железо, а соль можно выделить выпариванием. Проверяйте, можно ли использовать прежнее свойство компонента для его обнаружения.

Ошибка: путать смесь с химическим соединением. В соединении образуются частицы нового вещества с постоянным составом, а в смеси компоненты сохраняют самостоятельность. Спросите себя, можно ли разделить образец физическим способом без химической реакции.

Ошибка: думать, что в любой неоднородной смеси части видны глазами. Некоторые различия обнаруживаются только под микроскопом или другим прибором. Поэтому проверяйте не только видимость, но и одинаковость состава в разных частях образца.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что вещества состоят из частиц, и уметь различать физические явления и химические превращения. При смешивании частицы остаются частицами исходных веществ, а при химической реакции образуются новые частицы.

Знания о смесях пригодятся при изучении способов разделения веществ и растворов. Они также помогают понять, чем физическое разделение отличается от химической реакции: при первом состав компонентов не меняется.

Что запомнить

• Чистое вещество состоит из частиц одного вида и имеет постоянный состав.
• Смесь содержит частицы нескольких веществ.
• В смеси её компоненты сохраняют свои свойства.
• Однородная смесь имеет одинаковый состав во всём объёме.
• В неоднородной смеси состав в разных частях неодинаков.
• Смеси разделяют физическими способами, используя различия в свойствах компонентов.