§ 23. Чистые вещества и смеси

Определения и обозначения

Чистое вещество — вещество, состоящее из частиц одного вида и имеющее постоянный состав. Например, в образце чистой поваренной соли присутствуют частицы одного вещества. Это понятие помогает отличать отдельное вещество от материалов, составленных из нескольких компонентов.

Смесь — сочетание частиц нескольких веществ, каждое из которых сохраняет свои характерные свойства. Так, в смеси железных опилок и песка остаются и железо, и песок, а не возникает новое вещество. Понимание этого признака позволяет предположить, что компоненты можно разделить физическими способами.

Однородная смесь — смесь, в которой компоненты равномерно распределены и неразличимы невооружённым глазом. Например, в растворе соли нельзя увидеть отдельные частицы соли, хотя она там есть. Этот термин нужен, чтобы описать смеси, которые выглядят одинаково во всех частях.

Неоднородная смесь — смесь, в которой состав в разных частях неодинаков, а компоненты или их части можно различить. В граните, например, заметны участки разных минералов. Такое определение помогает понять, почему отдельные компоненты иногда можно отделить вручную или механическим способом.

Как это устроено

Когда вещества объединяют без химического превращения, их частицы оказываются рядом, но не образуют частицы нового вещества. Поэтому смесь сохраняет свойства исходных компонентов: железо в смеси с песком по-прежнему притягивается магнитом. Это отличает смешивание от химической реакции, при которой исходные вещества превращаются в другие. Для разделения смеси часто достаточно воспользоваться тем, что компоненты ведут себя по-разному.

У чистого вещества состав постоянен: в любом его образце соотношение частиц одного вида не меняется. У смеси пропорции компонентов могут быть разными: в одной порции солёной воды соли больше, чем в другой. При этом сами компоненты не теряют своих характерных свойств. Поэтому по изменению состава можно отличать смесь, а по сохранению свойств — объяснять возможность её разделения.

Смесь называют однородной или неоднородной, исходя из того, как распределены её компоненты и можно ли их различить. Если во всех частях образца состав одинаков и отдельные компоненты не видны, смесь однородная. Если где-то одного компонента больше или видны отдельные частицы и слои, смесь неоднородная. Внешний вид помогает оценить образец, но прозрачность не доказывает, что он чистый.

Разделение смесей основано на различиях физических свойств компонентов: например, размера частиц, растворимости в воде или способности испаряться. При этом обычно не требуется превращать компоненты в новые вещества. Способ выбирают не по названию смеси, а по тому, какое свойство позволяет отделить один компонент от другого. Так сохраняется возможность получить исходные вещества отдельно.

Если твёрдое вещество не растворяется в жидкости, его можно задержать фильтром: жидкость проходит через поры, а твёрдые частицы остаются. Например, так отделяют песок от воды. Если же твёрдое вещество растворилось, фильтр не удержит его частицы, поэтому воду выпаривают. Вода переходит в пар, а растворённое вещество остаётся в сосуде.

Сравнение чистого вещества и смесей

Сначала сравните число видов частиц и постоянство состава: это помогает отличить чистое вещество от смеси. Затем оцените распределение компонентов и возможность увидеть их, чтобы определить тип смеси. Примеры в таблице иллюстрируют признаки, а не заменяют проверку состава конкретного образца.

Разбор задач

Задача 1. Распределите дистиллированную воду, воздух и гранит на чистое вещество, однородную и неоднородную смесь. Нужно выяснить, сколько веществ входит в каждый образец и равномерно ли они распределены. Не следует делать вывод только по прозрачности или внешнему виду.

1. Дистиллированная вода состоит практически из одного вещества — воды, поэтому относим её к чистым веществам.
2. Воздух содержит несколько газов, смешанных равномерно, значит, это однородная смесь.
3. В граните можно увидеть участки разных минералов; состав в разных местах неодинаков, поэтому это неоднородная смесь.

Ответ: дистиллированная вода — чистое вещество, воздух — однородная смесь, гранит — неоднородная смесь. Классификация основана на составе и распределении компонентов.

Задача 2. Предложите способ отделить песок от воды и объясните выбор. Песок — твёрдое вещество, которое не растворяется в воде, поэтому его частицы можно задержать. Не нужно выпаривать всю воду, если требуется именно отделить песок.

1. Подготовьте фильтр и поместите его в воронку.
2. Осторожно пропустите смесь через фильтр.
3. Песок останется на фильтре, а вода пройдёт через него.

Ответ: песок от воды отделяют фильтрованием, потому что частицы песка нерастворимы и задерживаются фильтром. Если песок растворился бы в воде, этот способ не подошёл бы.

Задача 3. Как разделить смесь железных опилок, песка и поваренной соли? Выберите порядок действий так, чтобы каждый этап использовал различие свойств компонентов. Магнит действует на железо, соль растворяется в воде, а песок — нет.

1. Поднесите магнит и извлеките железные опилки.
2. Добавьте к оставшейся смеси воду и перемешайте: соль растворится, песок останется твёрдым.
3. Профильтруйте смесь, чтобы отделить песок от солевого раствора.
4. Выпарьте воду из раствора, чтобы получить соль.

Ответ: магнитное отделение железа, растворение соли, фильтрование песка и выпаривание воды. Такая последовательность позволяет выделить все три компонента, опираясь на их физические свойства.

Типичные ошибки

Прозрачный образец нередко считают чистым веществом, потому что в нём не видны частицы. Однако растворённые вещества могут быть невидимы, и прозрачная жидкость иногда является однородной смесью. Проверяйте, известен ли состав образца, а не только его внешний вид.

Смесь путают с химическим соединением, поскольку и там и там рядом присутствуют разные элементы или вещества. Но в смеси компоненты сохраняют свои свойства, а в соединении образуется новое вещество. Для самопроверки спросите себя, можно ли обнаружить свойства исходных компонентов и разделить их физически.

Ещё одна ошибка — считать состав любой смеси постоянным. Её допускают, если принимают один привычный образец за единственно возможный, хотя соотношение компонентов может меняться. Сравните разные порции: если пропорции веществ могут быть разными, это признак смеси.

Иногда полагают, что смесь обязательно разделяют химической реакцией. Обычно это неверно: компоненты разделяют, используя различия их физических свойств, например магнитность или растворимость. Перед выбором способа проверьте, можно ли отделить вещества, не превращая их в новые.

Связь с другими темами

Для изучения смесей нужно знать, что вещества состоят из частиц и обладают физическими свойствами. Именно свойства позволяют объяснить, почему одни компоненты проходят через фильтр, другие притягиваются магнитом, а растворитель испаряется.

Эта тема пригодится при изучении растворов и способов разделения веществ: раствор — один из видов однородной смеси. Она также помогает отличать физическое смешивание от химической реакции, при которой образуются новые вещества. Такое различие важно при описании и объяснении изменений веществ.

Что запомнить

• Чистое вещество состоит из частиц одного вида.
• Смесь содержит частицы нескольких веществ.
• Состав смеси может быть переменным.
• Компоненты смеси сохраняют свои свойства.
• Смеси бывают однородными и неоднородными.
• Для разделения смеси используют различия физических свойств её компонентов.