Чистыми называются вещества, обладающие строго определённым составом
и однородными свойствами во всём объёме. Для них характерна определённая
температура плавления, кипения, постоянная плотность и другие физические
параметры, неизменные при повторных измерениях.
Примеры чистых веществ: кислород, водород, азот,
дистиллированная вода, натрий хлорид.
Чистые вещества подразделяются на простые и
сложные.
- Простые вещества образованы атомами одного
химического элемента. Они могут существовать в виде молекул (O₂, H₂,
N₂), атомных кристаллов (C в виде алмаза) или металлических структур
(Fe, Cu, Al).
- Сложные вещества состоят из атомов разных
химических элементов, соединённых в устойчивые химические соединения.
Это оксиды, кислоты, основания, соли и другие классы соединений.
Характерная особенность чистых веществ заключается в том, что их
состав не изменяется без химического превращения. Например,
дистиллированная вода всегда содержит молекулы H₂O, а кристаллический
NaCl состоит из ионов натрия и хлора в строгом соотношении 1:1.
Смеси
Смеси представляют собой системы, состоящие из двух или более
веществ, соединённых не химическими связями, а только
физическим смешением. При этом каждое вещество сохраняет свои химические
свойства.
Примеры смесей: воздух, морская вода, нефть, сплавы
металлов, почва.
Смеси классифицируются по однородности:
- Однородные (гомогенные) смеси имеют одинаковый
состав и свойства во всём объёме. Примером служат растворы сахара или
соли в воде, металлические сплавы, воздух. Частицы компонентов
распределены равномерно, их нельзя различить невооружённым глазом.
- Неоднородные (гетерогенные) смеси состоят из
видимых различимых фаз. К ним относятся суспензии (мел в воде), эмульсии
(масло в воде), порошковые смеси.
Отличительные признаки
- У чистых веществ постоянные физические
характеристики: температура плавления и кипения, плотность.
- У смесей свойства зависят от соотношения
компонентов. Например, плотность морской воды изменяется с изменением
концентрации солей.
- Чистые вещества не разделяются физическими методами на составляющие,
в отличие от смесей, которые можно разделить фильтрацией, перегонкой,
центрифугированием и другими методами.
Методы разделения смесей
Для выделения отдельных компонентов используются физические
методы:
- Фильтрация применяется для отделения твёрдых частиц
от жидкости или газа.
- Декантация заключается в осторожном сливе жидкости
с осадка.
- Центрифугирование позволяет ускорить процесс
осаждения частиц за счёт вращения.
- Перегонка (дистилляция) основана на различии
температур кипения компонентов. Используется, например, для получения
дистиллированной воды из природной.
- Хроматография применяет различную скорость
перемещения компонентов смеси через пористый материал.
- Магнитное разделение эффективно для выделения
магнитных материалов, например, железных опилок из песка.
Значение изучения
Различие между чистыми веществами и смесями имеет фундаментальное
значение в химии и практике. Понимание этих категорий лежит в основе
аналитических методов, технологий очистки и производства, разработки
новых материалов и лекарственных препаратов. Способность определять
чистоту вещества и методы его получения обеспечивает точность химических
экспериментов и стабильность свойств конечных продуктов.