Чистые вещества: примеры. Получение чистых веществ

Постарайтесь ответить на следующий вопрос: «Будет ли правильным изучать свойства воды, используя для этого морскую воду?». Естественно, нет, потому что морская вода представляет из себя не чистую H 2 O, а смесь разных веществ в ней. В первую очередь это соли (их главную массу составляет хлорид натрия), они придают морской воде своеобразный горько-соленый вкус. Абсолютно каждое вещество, которое можно выделить из воды, обладает определенными свойствами. Однако и сама вода, которая не загрязнена посторонними примесями или содержащая их чрезвычайно мало, – дистиллированная вода, обладает специфическими свойствами. Она замерзает при температуре 0°С, в то время как вода из океана – при температуре – 1,9 °С.

Природная вода не может быть совершенно чистой. Самой чистой является дождевая вода, однако и она содержит определенное количество примесей, которые захвачены из воздуха.

В повседневной жизни, мы, как правило, сталкиваемся не с чистыми веществами, а со смесями веществ. Подобные смеси могут быть неоднородными (к примеру, мутная вода из реки, содержит нерастворимые частицы песка и глины, их можно заметить невооруженным глазом) и однородными, (растворы сахара, спирта) в них нельзя заметить границу раздела между веществами.

Однородные смеси можно разделить на жидкие, твердые и газообразные. Самая важная газообразная смесь – воздух, он представляет собой смесь кислорода, азота, углекислого газа, аргона, а также других веществ. Из твердых смесей можно выделить стекло и различные сплавы – бронзу, латунь, сталь.

Состав различных смесей может быть достаточно разнообразным, они в отличие от чистых веществ, обладают другими свойствами. Чистая вода превращается в лед при температуре 0°С, если мы растворим в ней поваренную соль, то температура ее замерзания значительно понизится. Такими методами, к примеру, пользуются обленившиеся работники городского коммунального хозяйства, когда в период сильных заморозков и гололедицы посыпают тротуары технической поваренной солью.

Состав смеси можно установить при помощи химического анализа. Подобный способ широко распространен, он необходим при решении важнейших хозяйственных проблем, а также научно-технических задач.

Контроль состояния окружающей среды невозможен без определения концентрации примесей, которые загрязняют воздух, воду и почву. При разведке различных полезных ископаемых используется анализ горных пород и руд. Вспомним Шерлока Холмса, известного сыщика, главного героя многочисленных произведений А. Конан Дойла: ему всегда удавалось определить виновность или невиновность подозреваемого при помощи химического анализа, на который уходила значительная часть свободного времени сыщика. Без химического анализа не может обойтись как археолог, так и криминалист, как медик, так и искусствовед. Кроме этого, стоит упомянуть и космические исследования, изучение атмосферных газов планет, их горных пород, изучение состава лунного грунта невозможно без проведения этого трудоемкого процесса.

При помощи особых технологий и методов с применением химического анализа можно создать особо чистые вещества, содержание примесей в них, отражающееся на их свойствах, не превышает одной стотысячной и даже одной миллионной процента. Такие вещества играют важнейшую роль в атомной энергетике, волоконной оптике, полупроводниковой промышленности. Особо чистые вещества, а точнее их свойства, необходимы для создания принципиально новых приборов либо технологических процессов.

Одной из важнейших проблем химии является очистка веществ. Для очищения природной воды от взвешенных частиц, ее пропускают через слой пористого вещества, к примеру угля, или обожженной глины. Если же идет речь о большом количестве воды, то в таких ситуациях используют фильтры из песка и гравия.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – .
Первый урок – бесплатно!

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Все существующие предметы, жидкости и газы представляют собой чистые вещества и смеси. Не зная, что они такое, очень легко их спутать. Как же отличить одно от другого? Давайте разбираться.

От элементов к веществу

В настоящий момент в мире известно 118 химических элементов. Они обладают своими названиями и химическими символами, которые обозначаются латинскими буквами. Каждый из них представляет один вид атомов, которые обладают определенным количеством электронов, расположенных в строгом порядке.

Элементы - это своеобразные строительные материалы. Их можно сравнить с кирпичами: соприкасаясь, они формируют стены, а то и целое здание. Так, соединяясь друг с другом, атомы одного элемента могут «построить» простое вещество (кислород O 2 , водород H 2 , азот N 2 и т.д.). Сложное, в свою очередь, образуется от слияния разных элементов (вода H 2 O, аммиак NH 3 и т.д.).

И в том, и в другом случае они являются чистыми веществами. Почему? Потому что соединение происходит при помощи химических реакций. При этом может выделяться или поглощаться энергия.

Что такое смесь?

Смесь тоже состоит из двух или более различных компонентов. Но её составляющими частями являются не отдельные элементы, а вещества (могут быть и сложными, и простыми). Смеси бывают гетерогенные и гомогенные.

Первые понять гораздо проще. В них компоненты смешиваются чисто механически и спокойно отделяются друг от друга фильтрацией, магнитом, отстаиванием и другими методами. Гетерогенные смеси неоднородны, а их компоненты целиком сохраняют индивидуальные свойства.

Примером такого образования может служить добавление речного песка в воду. Они не смогут смешаться и образовать новое вещество, и легко отделяются, если использовать сито.

Гомогенные смеси образуют однородное на первый взгляд вещество. Они представляют собой газы, твердые или жидкие растворы. Их компоненты тоже сохраняют первичные свойства, но не могут быть отделены механическим способом. Для их разделения используют более изощренные методы: перегонку, кристаллизацию, сорбцию (поглощение), экстракцию (растворение одного компонента) т. д.

Типичная гомогенная смесь - это воздух. Он состоит из различных газов, крупинок пыли, капель воды. Морская вода тоже не является чистым веществом. Кроме собственно воды, в ней содержатся соли металлов (натрия, хлора, калия и других).

Отличия смеси от веществ

Порой смеси и чистые вещества очень просто перепутать. Например, латунь обладает металлическими свойствами и внешне напоминает какой-нибудь металл. Однако она является сплавом, который состоит из меди, цинка и других компонентов (часто это бывает олово, никель, свинец, железо).

В чем же разница? Главным отличием является то, что вещество - это полностью однородное образование. Разделить его составные части можно, только используя химические реакции. Свойства чистого вещества отличаются от свойств его компонентов по-отдельности, оно является новой структурой и приобретает иные качества.

Кроме того, вещество обладает постоянным составом. Существует даже специальный реестр с перечнем всех известных структур. Смесь, наоборот, не обладает четким составом. В той же латуни может быть меньше никеля, и больше другого металла, но это все равно латунь. В чай, например, можно добавить больше или меньше сахара, но чаем он от этого быть не перестанет. Если же из молекулы чистой воды H 2 O убрать кислород (O), то это будет не вода, а молекула водорода - бесцветного газа.

Особо чистое вещество

В природе чаще встречаются смеси, чем вещества. Так, в земной коре залегает множество минералов, металлических руд и газов, но чистыми их назвать сложно. Большинство из них содержат примеси.

Для промышленного производства они, как правило, не подходят. Поэтому их очищают и отделяют друг от друга всевозможными способами. Вещества, которые содержат настолько небольшой процент примесей, что они не могут повлиять на его свойства, называют ультрачистыми или особо чистыми. Их получают при помощи очень тщательной очистки. Так, для создания полупроводников нужно максимально однородное вещество, поэтому от примесей избавляют не только материал для него, но и воздух в помещении, где его производят.

Каждое вещество состоит из определённых ча-стиц. Например, вода состоит из молекул воды, в которой два атома водорода соединены с одним атомом кислорода. Молекулы воды отличаются по составу, форме, размерам, свойствам от молекул других веществ. Если в посудине содержатся толь-ко молекулы воды и отсутствуют частицы других веществ, то такая вода является чистым веществом.

Чистые вещества. Чистые вещества характери-зуются постоянными физическими свойствами. На-пример, только чистая вода кипит при температуре 100 °С и замерзает при 0 °С. Если в ней растворить соль, то температура кипения превысит 100 °С, а температура замерзания снизится. Поэтому во время гололедицы тротуары посыпают поваренной солью.

Состав чистого вещества постоянный, независи-мо от того, как его добывали и где вещество нахо-дится в природе.

Чистыми веществами называют вещества, кото-рые состоят из частиц одного вещества и характе-ризуются постоянными физическими свойствами.

Ознакомьтесь с примерами чистых веществ на рис. 22.

Покупая в магазине соль, сахар, крахмал, мы счи-таем, что это чистые вещества. Однако и в этих про-дуктах питания имеются незначительные примеси других веществ. Следовательно, в природе и повсед-невной жизни вещества в чистом виде практически не встречаются.

Смеси. В природе, технике, быту преобладают смеси двух или не-скольких веществ. Природными сме-сями являются воздух, природный газ, нефть, молоко, морская вода, гранит, горные породы, фруктовые соки. По рис. 23 выясните, в каких агрегатных состояниях могут нахо-диться смеси.

К известным вам смесям, которые созданы и используются человеком, относятся: строительные смеси, бен-зин, краски, стиральные порошки, зубные пасты, кетчупы, майонезы, разнообразные блюда и т. д.

Смесь — это два и больше веществ, смешанных между собой. Различают твёрдые, жидкие, газо-образные смеси.

На рис. 24 показано, как из лимонной кислоты и воды пригото-вили смесь. Молекулы этих веществ смешаны между собой.

Вы также можете приготовить разные смеси, например чай, мыль-ный раствор, компот, тесто — смесь из муки, соды и воды.

Отдельные вещества в составе смеси принято называть компонен-тами . Компоненты природной сме-си гранита увидеть просто. В другой природной смеси — молоке — ком-поненты не видны, хотя в её составе много веществ и среди них — вода, жиры, белки. Эти компоненты можно определить с помощью микроскопа. А вот рассмотреть компо-ненты такой природной смеси, как морская вода, не удаётся даже под микроскопом.

Смеси бывают природные и приготовленные чело-веком . Для приготовления одной смеси необходи-мо иметь два или несколько веществ. Материал с сайта

Смесь воды и сахара может долго оставаться без изменений. Природная смесь — молоко через несколько дней пребывания в тёплом месте на-чинает разделяться на компоненты. В верхнем слое накапливается жир, под ним становятся видимыми сгущение белковых молекул и жидкость. Чтобы получить отдельно сметану, масло и творог, смесь надо разделить.

Разделить смесь — означает отделить каждый её компонент.

Для проведения отдельных опытов необходи-мы чистые вещества. Поэтому используют разные способы извлечения из одного вещества частиц другого вещества. О способах разделения смесей вы узнаете в следующем параграфе.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском

Чистое вещество содержит частицы только одного вида. Примерами могут служить серебро (содержит только атомы серебра), серная кислота и оксид углерода (IV) (содержат только молекулы соответствующих веществ). Все чистые вещества имеют постоянные физические свойства, например, температуру плавления (Т пл) и температуру кипения (Т кип).

Вещество не является чистым, если содержит какое-либо количество одного или нескольких других веществ – примесей .

Загрязнения понижают температуру замерзания и повышают температуру кипения чистой жидкости. Например, если в воду добавить соль, температура замерзания раствора понизится.

Смеси состоят из двух или более веществ. Почва, морская вода, воздух – все это примеры различных смесей. Многие смеси могут быть разделены на составные части – компоненты – на основании различия их физических свойств.

Различают гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные) смеси. Особенностью гомогенной смеси является то, что между компонентами такой смеси не наблюдается поверхности раздела. В этом случае говорят, что данная смесь является однофазной (фаза часть системы отделенная от других частей видимой поверхностью раздела). В пределах одной фазы физические свойства компонентов сохраняются постоянными. К гомогенным системам относятся истинные растворы (размер частиц растворенного вещества соотносится с размерами частиц растворителя и составляет ≤10 -9 м).

Особенностью гетерогенной смеси является то, что мы можем наблюдать поверхность раздела между ее компонентами. При переходе из одной фазы компонента в другую его свойства резко изменяются. Гетерогенные смеси иначе называются дисперсные системы. Дисперсные системы состоят из дисперсионной среды (растворитель, непрерывная фаза) и дисперсной фазы (растворенного вещества или прерывистой фазы)

К гетерогенным смесям относятся дисперсные системы (размер частиц растворенного вещества значительно превышает размер частиц растворителя и составляет ≥10 -9 м). Смеси, в которых размер частиц вещества составляет 10 -7 -10 -9 м, относятся к коллоидным системам.

К дисперсным системам относятся:

Суспензии, смесь, состоящая из твердой и жидкой фазы (обозначение Т/Ж; Т- дисперсная фаза, Ж – дисперсионная среда)

Эмульсии, смесь из 2-х и более несмешивающихся жидкостей (обозначение – Ж/Ж. Дисперсная фаза и дисперсионная среда жидкости различающиеся по плотности и температурам кипения).

Более подробно данные системы будут рассмотрены в теме растворы и дисперсные системы.

1.5. Методы разделения смесей

Традиционными методами, которые используются в лабораторной практике с целью разделения смесей на отдельные компоненты, являются:

фильтрование,

декантация (в химической лабораторной практике и химической технологии механическое отделение твёрдой фазы дисперсной системы (суспензии) от жидкой путём сливания раствора с осадка),

разделение с помощью делительной воронки,

центрифугирование,

выпаривание,

кристаллизация,

перегонка (в том числе фракционная перегонка),

хроматография,

возгонка и другие.

Фильтрование. Для отделения жидкостей от взвешенных в ней мелких твердых частиц применяют фильтрование (рис.37) , т.е. процеживание жидкости через мелкопористые материалы – фильтры , которые пропускают жидкость и задерживают на своей поверхности твердые частицы. Жидкость, прошедшая через фильтр и освобожденная от находившихся в ней твердых примесей, называется фильтратом .

В лабораторной практике часто применяют гладкие и складчатые бумажные фильтры (рис.38) , сделанные из непроклеенной фильтровальной бумаги.

Для фильтрования горячих растворов (например, с целью перекристаллизации солей), применяют специальную воронку для горячего фильтрования (рис.39) с электрическим или водяным обогревом).

Часто применяют фильтрование под вакуумом . Фильтрование под вакуумом используют для ускорения фильтрования и более полного освобождения твердой фазы от жидкой. Для этой цели собирают прибор для фильтрования под вакуумом (рис.40) . Он состоит из колбы Бунзена, фарфоровой воронки Бюхнера, предохранительной склянки и вакуум-насоса (обычно водоструйного).

В случае фильтрования суспензии малорастворимой соли кристаллы последней могут быть промыты дистиллированной водой на воронке Бюхнера для удаления с их поверхности исходного раствора. Для этой цели используют промывалку (рис.41) .

Декантация . Жидкости могут быть отделены от нерастворимых твердых частиц декантацией (рис.42) . Этот метод можно применять, если твердое вещество имеет большую плотность, чем жидкость. Например, если речной песок добавить в стакан с водой, то при отстаивании он осядет на дно стакана, потому что плотность песка больше, чем воды. Тогда вода может быть отделена от песка просто сливанием. Такой метод отстаивания и последующего сливания фильтрата и называется декантацией.

Центрифугирование. Для ускорения процесса отделения очень мелких частиц, образующих в жидкости устойчивые суспензии или эмульсии, используют метод центрифугирования. Этим методом можно разделить смеси жидких и твердых веществ, различающихся по плотности. Разделение проводится в ручных или электрических центрифугах (рис.43) .

Разделение двух несмешивающихся жидкостей, имеющих различную плотность и не образующих устойчивых эмульсий, можно осуществить с помощью делительной воронки (рис.44) . Так можно разделить, например, смесь бензола и воды. Слой бензола (плотность  = 0,879 г/см 3) располагается над слоем воды, которая имеет большую плотность ( = 1,0 г/см 3). Открыв кран делительной воронки, можно аккуратно слить нижний слой и отделить одну жидкость от другой.

Выпаривание (рис.45) – этот метод предусматривает удаление растворителя, например, воды из раствора в процессе нагревания его в выпарительной фарфоровой чашке. При этом выпариваемая жидкость удаляется, а растворенное вещество остается в выпарительной чашке.

Кристаллизация – это процесс выделения кристаллов твердого вещества при охлаждении раствора, например, после его упаривания. Следует иметь в виду, что при медленном охлаждении раствора образуются крупные кристаллы. При быстром охлаждении (например, при охлаждении проточной водой) образуются мелкие кристаллы.

Перегонка - метод очистки вещества основанный на испарении жидкости при нагревании с последующей конденсацией образовавшихся паров. Очистка воды от растворенных в ней солей (или других веществ, например, красящих) перегонкой называется дистилляцией , а сама очищенная вода – дистиллированной.

Фракционная перегонка (дистилляция) (рис.46) применяется для разделения смесей жидкостей с различными температурами кипения. Жидкость с меньшей температурой кипения закипает быстрее и раньше проходит через фракционную колонку (или дефлегматор ). Когда эта жидкость достигает верха фракционной колонки, то попадает в холодильник , охлаждается водой и через аллонж собирается в приемник (колбу или пробирку).

Фракционной перегонкой можно разделить, например, смесь этанола и воды. Температура кипения этанола 78 0 С, а воды 100 0 С. Этанол испаряется легче и первым попадает через холодильник в приемник.

Возгонка – метод применяется для очистки веществ, способных при нагревании переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние. Далее пары очищаемого вещества конденсируются, а примеси, не способные возгоняться, отделяются.