§ 12. Чистые вещества и смеси

Определения и обозначения

Чистое вещество — вещество, состоящее из частиц одного вида. У него постоянны состав и характерные свойства, например температура кипения при одинаковых условиях. Это понятие помогает отличать отдельное вещество от образца, в котором есть примеси.

Смесь — сочетание нескольких веществ, частицы которых находятся рядом, но сами вещества сохраняют свои свойства. Состав смеси может меняться: например, в стакане воды можно растворить разное количество соли. Это важно, когда нужно определить, что именно находится в образце и как его разделить.

Однородная смесь — смесь, в которой состав одинаков в любой её части, а отдельные компоненты неразличимы. Таковы воздух и раствор соли в воде. Это определение помогает описать смеси, которые выглядят как единое целое, хотя состоят из нескольких веществ.

Неоднородная смесь — смесь, в разных частях которой состав неодинаков и компоненты можно различить. Например, в воде с песком видны частицы песка, а в некоторых смесях заметны отдельные слои. По этому признаку можно понять, что компоненты распределены неравномерно.

Как это устроено

У чистого вещества состав постоянен, потому что в нём присутствуют частицы только одного вида. Если взять разные порции такого вещества, они будут обладать одинаковыми свойствами при одинаковых условиях. В смеси же соотношение компонентов может быть разным, поэтому её свойства зависят от состава. Например, слабый и крепкий растворы соли отличаются количеством растворённой соли, хотя в обоих есть вода и соль.

В смеси каждое вещество сохраняет свои свойства, потому что при смешивании частицы обычно не превращаются в частицы других веществ. Соль в воде остаётся солью, хотя её кристаллов не видно; воду можно отделить, а соль — получить обратно. Компоненты соединены физически, поэтому их соотношение можно менять, добавляя или удаляя одно из веществ. Именно этим смесь отличается от нового вещества, возникшего в результате химической реакции.

Однородность зависит от того, как компоненты распределены в образце. В растворе соли частицы распределены по воде равномерно, поэтому маленькая проба из любой части будет иметь примерно тот же состав. Воздух тоже однороден: его газы перемешаны и не видны по отдельности. В мутной воде песок распределён иначе: частицы заметны, могут оседать, и разные порции воды содержат разное количество песка.

Способ разделения выбирают по различию физических свойств компонентов. Если твёрдые частицы не растворяются в жидкости и достаточно крупны, их задерживают фильтром; если частицы оседают или жидкости образуют слои, помогают отстаивание и сливание. Чтобы получить твёрдое вещество из раствора, жидкость можно выпарить. Перегонка подходит, когда нужно разделить жидкости или собрать испаряющуюся жидкость: компоненты кипят при разных температурах, пар охлаждают и превращают обратно в жидкость.

При разделении смеси не возникают новые вещества: меняется только расположение или состояние её компонентов. Фильтр задерживает песок, но не превращает его в другое вещество; при выпаривании вода уходит в виде пара, а соль остаётся. Поэтому разделение смеси относят к физическим процессам, а не к химическим превращениям. Это различие помогает понять, почему после подходящего разделения можно снова получить исходные компоненты.

Чистые вещества и смеси

Сначала определите, постоянен ли состав образца и есть ли в нём несколько веществ. Если это смесь, сравните её части: одинаковый состав указывает на однородность, а заметные различия — на неоднородность. Способ разделения выбирайте не только по виду смеси, но и по свойствам её компонентов.

Разбор задач

Задача 1. Определите, что представляет собой образец поваренной соли без примесей: чистое вещество или смесь. В условии сказано, что других веществ в образце нет. Значит, нужно проверить число видов частиц, а не только внешний вид соли.

1. Вспомним признак чистого вещества: оно состоит из частиц одного вида.
2. По условию в образце нет примесей, то есть второго компонента не указано.
3. Сравним с определением смеси: смесь обязательно включает несколько веществ.

Ответ: образец поваренной соли без примесей — чистое вещество. Если бы в соли присутствовали другие вещества, образец был бы смесью.

Задача 2. Рассортируйте воздух, мутную воду и раствор соли на однородные и неоднородные смеси. Важно выяснить, одинаков ли состав в разных частях и можно ли различить компоненты. Сам факт, что компоненты не видны, ещё не означает, что образец чистый.

1. В воздухе газы перемешаны равномерно и неразличимы, поэтому воздух — однородная смесь.
2. Раствор соли тоже однороден: растворённая соль не видна, а состав раствора в разных частях одинаков.
3. В мутной воде заметны взвешенные частицы, которые могут распределяться неравномерно или оседать; это неоднородная смесь.

Ответ: воздух и раствор соли — однородные смеси, мутная вода — неоднородная смесь. Для проверки полезно оценивать не прозрачность отдельно, а распределение компонентов по всему образцу.

Задача 3. Предложите, как разделить смесь песка, поваренной соли и воды. Песок не растворяется в воде, а соль растворяется, поэтому сначала нужно отделить песок, не пытаясь сразу выделить все компоненты. После этого в жидкости останутся вода и растворённая соль.

1. Пропустим смесь через фильтр: песок задержится на фильтре, а солёная вода пройдёт через него.
2. Соберём фильтрат — жидкость, прошедшую через фильтр. В нём находятся вода и растворённая соль.
3. Выпарим воду из фильтрата. Вода превратится в пар, а соль останется в ёмкости.

Ответ: сначала песок отделяют фильтрованием, затем соль получают выпариванием воды. Оба этапа основаны на физических свойствах компонентов и не создают новых веществ.

Типичные ошибки

Прозрачный образец не всегда является чистым веществом. Так ошибаются, потому что неразличимые компоненты кажутся отсутствующими. Раствор соли прозрачен, но в нём есть и вода, и соль. Проверьте себя вопросом: есть ли способ показать наличие нескольких компонентов, например выпарить воду и получить соль?

Раствор нельзя называть чистым веществом только потому, что его компоненты не видны. Частицы растворённого вещества распределены равномерно, поэтому раствор выглядит единым, но его состав может меняться. Чтобы проверить себя, вспомните, что чистое вещество состоит из одного вида частиц, а раствор — из нескольких веществ.

Природный материал не обязательно является чистым веществом. Путаница возникает из-за привычки считать природные образцы однородными и «настоящими» веществами. В почве, природной воде и воздухе могут присутствовать разные компоненты и примеси. Проверяйте образец по составу: если в нём несколько веществ, это смесь.

Разделение смеси — не химическая реакция. Ошибка появляется, когда любое заметное изменение принимают за образование нового вещества. При фильтровании песок остаётся песком, а при выпаривании вода превращается в пар и соль остаётся солью. Спросите себя, появились ли вещества с новыми свойствами; если компоненты лишь отделили друг от друга, реакция не произошла.

Связь с другими темами

Чтобы различать вещества и смеси, нужно знать, что вещества состоят из частиц и обладают физическими свойствами. Эта тема подготавливает к изучению способов разделения веществ и помогает не путать физические процессы с химическими реакциями. Например, растворимость подсказывает, растворится ли компонент, плотность помогает понять, будет ли он оседать или образует слой, а температура кипения важна при перегонке. Наблюдения за этими свойствами помогают выбрать подходящий способ разделения смеси.

Что запомнить

• Чистое вещество состоит из частиц одного вида.
• Смесь содержит несколько веществ, сохраняющих свои свойства.
• Состав чистого вещества постоянен, состав смеси может меняться.
• Однородная смесь имеет одинаковый состав во всех частях.
• В неоднородной смеси компоненты распределены неравномерно.
• Смеси разделяют, используя различия физических свойств компонентов.