6. Смеси и растворы

Определения и обозначения

Смесь — это сочетание двух или нескольких веществ, которые сохраняют свои свойства. Состав смеси может быть разным: например, в одной порции солёной воды соли может быть больше, чем в другой. Это понятие помогает отличить смесь от чистого вещества и понять, почему её компоненты можно разделить физическими способами.

Неоднородная смесь состоит из частей, которые различаются по составу и могут быть заметны глазом или под увеличением. Такие части называют фазами; между ними бывают видимые границы. Примеры — вода с песком, смесь масла с водой и гранит, в котором различимы разные минералы. Понятие нужно, чтобы определить, можно ли отделить части смеси по их внешнему виду или оседанию.

Однородная смесь — смесь, состав которой одинаков во всём объёме, а компоненты визуально неразличимы. К ней относятся воздух и вода с растворённой солью: отдельные компоненты в обычных условиях не видны. Это определение помогает не принимать прозрачность за признак чистого вещества и различать растворы и смеси с видимыми частями.

Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества. Растворитель образует среду, в которой распределено другое вещество; растворённое вещество распределяется в этой среде. Например, в солёной воде вода обычно выступает растворителем, а соль — растворённым веществом. Эти названия нужны, чтобы описывать состав раствора и обсуждать, как его разделить.

Как это устроено

Когда вещества смешивают, обычно происходит физическое явление, а не образование нового вещества. Частицы компонентов оказываются рядом, но сами вещества не превращаются в другие: песок в воде остаётся песком, а вода — водой. Поэтому можно использовать различия в физических свойствах, например размере частиц или способности растворяться. Именно сохранение свойств позволяет разделять компоненты без химического превращения.

Вид смеси зависит от того, насколько равномерно распределены компоненты и можно ли различить отдельные части. Если частицы одного вещества собираются вместе или жидкости образуют слои, смесь неоднородна: её состав в разных местах может отличаться. Если компоненты распределены равномерно и глаз не видит границ между ними, смесь однородная. Значит, классифицировать смесь помогают наблюдение и сравнение её частей.

Раствор образуется, когда частицы растворяемого вещества распределяются среди частиц растворителя. При добавлении соли в воду частицы соли отделяются друг от друга и оказываются по всему объёму жидкости, поэтому отдельные крупинки исчезают из поля зрения. Соль при этом не перестаёт быть солью, а вода — водой. Равномерное распределение частиц объясняет, почему раствор выглядит одинаковым в разных местах.

Фильтр пропускает жидкость через мелкие поры, а достаточно крупные нерастворимые частицы задерживаются на его поверхности. Поэтому таким способом можно отделить песок от воды. Частицы растворённой соли настолько мелко распределены, что проходят сквозь фильтр вместе с водой; фильтр не разделяет раствор на компоненты. Если после фильтрования вода остаётся солёной, значит, соль не была задержана.

Способ разделения выбирают по различиям между компонентами. В неоднородной смеси тяжёлые частицы могут осесть при отстаивании, а мелкие нерастворимые частицы можно задержать фильтром. Чтобы отделить растворённое твёрдое вещество, раствор выпаривают: растворитель уходит, а вещество остаётся. Перегонка позволяет собрать испаряющийся растворитель отдельно, потому что компоненты могут кипеть и испаряться при разных температурах.

Однородные и неоднородные смеси

Сравните признаки в таблице, чтобы определить тип смеси и выбрать подходящий способ разделения. Начните с того, видны ли части или слои и одинаков ли состав в разных местах. Способ разделения должен опираться на реальное различие свойств компонентов.

Разбор задач

1. Определите, какие смеси однородные, а какие неоднородные: воздух, вода с растворённой солью, вода с песком.

Сравним, равномерно ли распределены компоненты и можно ли увидеть отдельные части. В воздухе разные газы перемешаны равномерно, отдельных слоёв в обычных условиях не видно. В солёной воде соль распределена по всему объёму, а песок в воде сохраняет отдельные видимые частицы.

1. Воздух — однородная смесь, потому что газы распределены равномерно и неразличимы глазом.
2. Вода с растворённой солью — однородная смесь, то есть раствор: соль распределена в воде и не видна отдельно.
3. Вода с песком — неоднородная смесь: частицы песка можно различить, а со временем они могут осесть.

Ответ: воздух и вода с растворённой солью — однородные смеси; вода с песком — неоднородная.

2. Предложите способ разделить смесь песка, поваренной соли и воды и укажите порядок действий.

Сначала нужно выяснить, какой компонент не растворяется в воде, а какие компоненты образуют раствор. Песок в воде не растворяется, а соль растворяется, поэтому после перемешивания песок остаётся твёрдыми частицами в солёной воде. Если сначала выпарить воду, песок смешается с солью, и отделить их будет сложнее.

1. Пропустить смесь через фильтр. Песок останется на фильтре, а вода с растворённой солью пройдёт сквозь него.
2. Собрать солёную воду и выпарить её. Вода удалится, а соль останется в ёмкости.
3. Проверить результат: песок находится на фильтре, соль получена из раствора после выпаривания.

Ответ: сначала отделить песок фильтрованием, затем получить соль выпариванием воды.

3. Из 180 г раствора выпарили воду и получили 27 г соли. Найдите массу воды в исходном растворе и массовую долю соли.

После выпаривания растворитель удаляется, поэтому оставшиеся 27 г — это масса соли, которая была растворена. Масса исходного раствора складывается из масс соли и воды. Для массовой доли нужно сравнить массу соли с массой всего раствора и выразить результат в процентах.

1. Запишем данные: масса раствора m(р-ра) = 180 г, масса соли m(соли) = 27 г.
2. Найдём массу воды: m(воды) = 180 − 27 = 153 г.
3. Вычислим массовую долю соли: 27 ÷ 180 × 100% = 15%.
4. Проверим, что масса воды и соли дают массу раствора: 153 + 27 = 180 г.

Ответ: масса воды в исходном растворе — 153 г, массовая доля соли — 15%.

Типичные ошибки

• Считать раствор чистым веществом — ошибка: он состоит как минимум из растворителя и растворённого вещества. Так думают, когда компоненты раствора нельзя увидеть отдельно. Проверьте себя: можно ли назвать два вещества, из которых приготовлен раствор? Если да, перед вами смесь.

• Считать прозрачную жидкость обязательно чистым веществом неверно: некоторые растворы прозрачны, хотя состоят из нескольких веществ. Прозрачность означает, что видимые частицы не мешают свету проходить, но не показывает состав. Чтобы проверить себя, выясните, не растворено ли в жидкости другое вещество.

• Пытаться отделить растворённую соль от воды фильтрованием не получится: соль проходит сквозь фильтр вместе с водой. Ошибка возникает из-за представления, что фильтр задерживает любые примеси. Проверьте способ на примере песка и соли: песок задержится, а фильтрат останется солёным.

• Не определяйте растворитель только по тому, какого компонента больше. Растворитель — среда, в которой распределено растворённое вещество; в знакомом растворе соли в воде это вода, а соль — растворённое вещество. Чтобы не перепутать роли, сначала установите, какое вещество растворяется в каком.

Связь с другими темами

Для изучения смесей нужно знать, что вещества состоят из частиц и обладают физическими свойствами, по которым их можно различать. Представление о физических явлениях помогает понять, почему смешивание и разделение не обязательно создают новые вещества. Эти знания пригодятся при изучении чистых веществ, химических реакций и способов разделения. Позже понятия состава смеси и раствора понадобятся для темы растворимости и количественных расчётов состава растворов.

Что запомнить

• Смесь состоит из нескольких веществ, сохраняющих свои свойства.
• Смеси бывают однородными и неоднородными.
• В однородной смеси компоненты распределены равномерно и визуально неразличимы.
• Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества.
• Фильтрованием отделяют нерастворимые частицы, но не растворённое вещество.
• Выпаривание позволяет выделить растворённое твёрдое вещество из раствора.