22. Чистые вещества и смеси

Определения и обозначения

Чистое вещество — вещество, состоящее из частиц одного вида и обладающее постоянными свойствами. Например, в чистой меди присутствуют только частицы меди. Это понятие нужно, чтобы отличать вещество с определённым составом от материала, содержащего примеси.

Смесь — сочетание нескольких веществ, сохраняющих свои индивидуальные свойства. В воздухе соединены разные газы, но кислород в нём остаётся кислородом, а азот — азотом. Определение помогает понять, почему смесь можно разделить без получения новых веществ.

Однородная смесь — смесь, в которой отдельные вещества нельзя различить невооружённым глазом. В растворе соли в воде жидкость выглядит одинаково в любом месте, хотя в ней есть частицы соли и воды. Такой внешний вид не означает, что перед нами чистое вещество.

Неоднородная смесь — смесь, в которой видны отдельные компоненты или слои. Примерами служат вода с песком и масло с водой. По её частям часто легче подобрать способ разделения, потому что компоненты заметно отличаются друг от друга.

Как это устроено

Чистое вещество имеет постоянный состав: в любом его образце соотношение частиц одного вида одинаково. Поэтому при одинаковых условиях у него постоянны температура плавления, плотность и другие физические свойства. У смеси количество компонентов может быть разным, поэтому её свойства зависят от состава и соотношения веществ.

Компоненты смеси сохраняют свои свойства, потому что при обычном смешивании не происходит химического превращения частиц в новые вещества. Соль остаётся способной растворяться в воде, а песок — не растворяется. Благодаря этому вещества можно извлечь физическими способами, не изменяя их химическую природу.

Однородная и неоднородная смеси различаются прежде всего внешним видом и распределением компонентов. В однородной смеси частицы распределены равномерно, а границы между веществами не видны. Однако глаз не способен обнаружить очень малые частицы, поэтому прозрачность или одинаковый цвет ещё не доказывают чистоту вещества.

Способ разделения выбирают по различию физических свойств компонентов. Для железных опилок подходит магнитное действие, для нерастворимого песка в воде — фильтрование, а для отделения жидкости от растворённого вещества — выпаривание. Если жидкости имеют разные температуры кипения, применяют перегонку.

Одной операции бывает недостаточно, если смесь содержит несколько разных компонентов. Сначала отделяют вещество, для которого подходит самый простой способ, затем работают с оставшейся частью. Например, в смеси железа, песка и соли сначала используют магнит, потом растворяют соль, фильтруют песок и выпаривают воду.

Сравнение чистых веществ и смесей

Сначала определите, постоянен ли состав и сколько видов частиц содержит объект. Затем проверьте, меняются ли его свойства при изменении соотношения компонентов. Строка «Разделение» напоминает, что из смеси получают исходные вещества физическими операциями, а не химической реакцией.

Разбор задач

Задача 1. Чистые вещества и смеси

Определите, что является чистым веществом, а что смесью: кислород, воздух, дистиллированная вода, молоко. Нужно не ориентироваться только на внешний вид, а выяснить состав каждого объекта. Главный признак — один вид частиц или несколько.

1. Кислород рассматриваем как одно вещество с частицами одного вида.
2. Воздух содержит кислород, азот, углекислый газ и другие газы, поэтому это смесь.
3. Дистиллированная вода в школьных задачах считается чистым веществом, а молоко содержит воду, жиры, белки и другие компоненты.

Ответ: кислород и дистиллированная вода — чистые вещества; воздух и молоко — смеси. У молока компоненты могут образовывать неоднородную систему, а воздух обычно считают однородной смесью газов.

Задача 2. Смесь песка и поваренной соли

Предложите способ разделения смеси песка и соли. Оба вещества находятся в твёрдом состоянии, поэтому простое просеивание не подойдёт: частицы могут иметь близкий размер. Зато соль растворяется в воде, а песок — нет.

1. Добавьте к смеси воду и перемешайте, чтобы соль перешла в раствор.
2. Пропустите полученную смесь через фильтр: песок останется на фильтре, а раствор соли пройдёт через него.
3. Выпарьте воду из фильтрата, чтобы получить кристаллы соли.

Ответ: растворение, фильтрование и выпаривание. Такой порядок выбран потому, что сначала используют различие в растворимости, а затем отделяют растворитель от растворённой соли.

Задача 3. Железо, песок и соль

Нужно разделить смесь железных опилок, песка и поваренной соли. Здесь три компонента обладают разными свойствами: железо притягивается магнитом, соль растворяется в воде, а песок не растворяется. Поэтому удобнее выполнять операции последовательно, не смешивая уже отделённые вещества.

1. Поднесите магнит и соберите железные опилки.
2. К оставшимся песку и соли добавьте воду: соль растворится, а песок останется твёрдым.
3. Отфильтруйте смесь, отделив песок от раствора соли, затем выпарьте воду и получите соль.

Ответ: магнитное разделение → растворение в воде → фильтрование → выпаривание. Каждая операция использует своё различие свойств и подготавливает смесь к следующему этапу.

Типичные ошибки

Прозрачное вещество считают чистым. Ошибка возникает потому, что раствор соли или сахара выглядит как вода. Проверьте состав: если в жидкости растворено другое вещество, это смесь, даже когда её компоненты невидимы.

Однородную смесь путают с чистым веществом. Одинаковый вид во всех частях показывает равномерность, но не число компонентов. Спросите себя, можно ли изменить соотношение веществ или разделить их физическим способом.

Смеси приписывают постоянный состав. Воздух и морская вода могут содержать компоненты в разных количествах, поэтому их свойства тоже немного меняются. Для проверки сравните два образца смеси: одинаковы ли в них состав и соотношение веществ?

Для разделения сразу используют химическую реакцию. Так поступают, когда не замечают различий в растворимости, плотности или магнитных свойствах. Сначала найдите физическое свойство, позволяющее разделить компоненты без образования новых веществ.

Связь с другими темами

До изучения чистых веществ и смесей нужно знать, что вещества состоят из частиц и обладают физическими свойствами. Именно различия в этих свойствах помогают распознавать компоненты и выбирать способ разделения.

Тема подготавливает к изучению растворов и растворимости. Эти знания объясняют, почему одни вещества переходят в раствор, а другие остаются осадком.

Понимание смесей нужно для объяснения состава воздуха, природной воды и почвы. Оно также используется в быту, лабораториях и промышленности при очистке и получении веществ.

Что запомнить

• Чистое вещество состоит из частиц одного вида.
• Смесь содержит несколько веществ, сохраняющих свои свойства.
• Состав чистого вещества постоянен, а состав смеси может изменяться.
• Однородная смесь выглядит одинаково во всех частях.
• В неоднородной смеси можно обнаружить отдельные компоненты или слои.
• Смеси разделяют физическими методами.
• Способ разделения выбирают по различию физических свойств компонентов.