Однородные химические вещества. Химия - комплексная подготовка к внешнему независимому оцениванию

I. Новый материал

При подготовке урока использованы материалы автора: Н.К.Черемисиной,

учителя химии средней школы № 43

(г. Калининград),

Мы живем среди химических веществ. Мы вдыхает воздух , а это смесь газов (азота, кислорода и других), выдыхаем углекислый газ . Умываемся водой - это еще одно вещество, самое распространенное на Земле. Пьём молоко - смесь воды с мельчайшими капельками молочного жира , и не только: здесь еще есть молочный белок казеин , минеральные соли , витамины и даже сахар, но не тот, с которым пьют чай, а особый, молочный - лактоза . Едим яблоки, которые состоят из целого набора химических веществ - здесь и сахар , и яблочная кислота , и витамины ... Когда прожеванные кусочки яблока попадают в желудок, на них начинают действовать пищеварительные соки человека, которые помогают усваивать все вкусные и полезные вещества не только яблока, но и любой другой пищи. Мы не только живем среди химических веществ, но и сами из них состоим. Каждый человек - его кожа, мышцы, кровь, зубы, кости, волосы построены из химических веществ, как дом из кирпичей. Азот, кислород, сахар, витамины – вещества природного, естественного происхождения. Стекло , резина , сталь – это тоже вещества, точнее, материалы (смеси веществ). И стекло, и резина - искусственного происхождения, в природе их не было. Совершенно чистые вещества в природе не встречаются или встречаются очень редко.

Чем же отличаются чистые вещества от смесей веществ?

Индивидуальное чистое вещество обладает определённым набором характеристических свойств (постоянными физическими свойствами). Только чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип= 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем : «Смесь – целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Смеси отличаются друг от друга по внешнему виду.

Классификация смесей показана в таблице:

Приведём примеры суспензий (речной песок + вода), эмульсий (растительное масло + вода) и растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

В суспензиях видны частицы твердого вещества, в эмульсиях – капельки жидкости, такие смеси называются неоднородными (гетерогенными), а в растворах компоненты не различимы, они являются однородными (гомогенными) смесями.

Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Для очистки веществ применяются различные способы разделения смесей

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей .

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография .

Дома вы можете проделать следующий опыт. Подвесьте полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.

С помощью хроматографии русский ботаник М. С. Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности .

Прочитайте стихотворение Л. Мартынова «Дистиллированная вода»:

Вода
Благоволила
Литься!
Она
Блистала
Столь чиста,
Что ни напиться,
Ни умыться.
И это было неспроста.
Ей не хватало
Ивы, тала
И горечи цветущих лоз,
Ей водорослей не хватало
И рыбы, жирной от стрекоз.
Ей не хватало быть волнистой,
Ей не хватало течь везде.
Ей жизни не хватало
Чистой –
Дистиллированной воде!

Применение дистиллированной воды

II. Задания для закрепления

1) Поработайте с тренажёрами №1-4 (необходимо загрузить тренажёр, он откроется в браузере Internet Explorer)

Химия изучает вещества и их свойства. При их смешивании возникают смеси, которые приобретают новые ценные качества.

Что такое смесь

Смесью называют совокупность индивидуальных веществ. Их изготовлением занимаются не только ученые в лабораториях при наличии определенных условий. Каждый день мы начинаем с ароматного чая или кофе, в который добавляем сахар. Или варим вкусный суп, который обязательно необходимо посолить. Это и есть самые настоящие смеси. Только мы об этом абсолютно не задумываемся.

Если невооруженным глазом невозможно различить частички веществ - перед вами однородные смеси (гомогенные). Их можно получить, растворяя тот самый сахар в чае или кофе.

А вот если к сахару добавить песок, их частички можно различить без труда. Такую смесь считают неоднородной или гетерогенной.

При изготовлении смесей такого вида можно использовать вещества, находящиеся в разном агрегатном состоянии: твердом или жидком. Смесь молотого перца разного вида или другие приправы чаще всего являются именно неоднородными сухими составами.

Если в процессе приготовления гетерогенного продукта используется любая жидкость, то полученную массу называют взвесью. Причем различают их несколько видов. При смешивании жидкости с твердыми веществами образуются суспензии. Их примером является смесь воды с песком или глиной. Когда строитель изготавливает цемент, повар смешивает муку с водой, ребенок чистит зубы пастой - все они используют суспензии.

Другая разновидность гетерогенных смесей может быть получена при смешивании двух жидкостей. Естественно, если их частички различимы. Капните растительного масла в воду - и получите эмульсию.

Видео по теме

Однородные смеси

Самым известным из этой группы веществ является воздух. Каждый ученик знает, что в его состав входит ряд газов: азот, кислород, двуокись углерода, водяной пар и примеси. Можно ли их рассмотреть и различить невооруженным глазом. Конечно, нет.

Таким образом, и воздух, и сладкая вода - однородные смеси. Они могут находиться в разных агрегатных состояниях. Но чаще всего используются жидкие однородные смеси. Они состоят их растворителя и растворенного вещества. Причем первым является компонент либо жидкий, либо взятый в большем объеме.

Вещества не могут растворяться в бесконечном количестве. Например, в литр воды можно добавить только два килограмма сахара. Дальше этот процесс просто не будет происходить. Такой раствор станет насыщенным.

Интересное явление представляют собой твердые гомогенные смеси. Так, водород без труда распределяется в различных металлах. Интенсивность процесса растворения зависит от многих факторов. Она увеличивается с повышением температуры жидкости и воздуха, при измельчении веществ и в результате их перемешивания.

Удивительным является тот факт, что в природе не существует абсолютно нерастворимых веществ. Даже ионы серебра распределяются между молекулами воды, образуя гомогенную смесь. Такие растворы находят широкое применение в быту и жизни человека. Например, всеми любимое и полезное молоко - однородная смесь.

Способы разделения смесей

Иногда возникает необходимость не только получить гомогенные растворы, но и разделить однородные смеси. Допустим, в доме есть только соленая вода, а нужно получить ее кристаллы отдельно. Для этого подобную массу выпаривают. Однородные смеси, примеры которых были приведены выше, чаще всего разделяют именно таким способом.

На основе различий в температуре кипения основана дистилляция. Всем известно, что вода начинает испаряться при 100 градусах по Цельсию, а этиловый спирт - при 78. Смесь данных жидкостей нагревают. Сначала испаряются пары спирта. Их конденсируют, то есть переводят в жидкое состояние, соприкасая с любой охлажденной поверхностью.

При помощи магнита разделяют смеси, в состав которых входят металлы. Например, железные и деревянные опилки. Растительное масло и воду отдельно можно получить при помощи отстаивания.

Гетерогенные и однородные смеси, примеры которых проиллюстрированы в статье, имеют важное хозяйственное значение. Полезные ископаемые, воздух, подземные воды, моря, пищевые продукты, строительные материалы, напитки, пасты - все это совокупность индивидуальных веществ, без которых жизнь была бы просто невозможна.

РАЗДЕЛ И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

6. Смеси веществ. Растворы

6.2. Смеси, их типы, названия, состав, методы разделения

Смеси - это совокупность различных веществ, из которых может складываться одно физическое тело. Каждое вещество, что содержится в смеси, называют компонентом. При смешивании новое вещество не возникает. Все вещества, которые входят в состав смеси, сохраняют присущие им свойства. Но физические свойства смеси, как правило, отличаются от физических свойств отдельных компонентов. Смеси бывают однородными и неоднородными.

Однородные (гомогенные) смеси - это смеси, в которых компоненты смешаны на молекулярном уровне (однофазный материал); их невозможно обнаружить при рассматривании невооруженным глазом и даже при использовании мощных оптических приборов. Например, водные растворы сахара, поваренной соли, спирта, уксусной кислоты, металлические сплавы, воздух.

Неоднородные (гетерогенные) смеси формируют так называемые дисперсные системы. Они образуются при смешивании двух и более веществ, которые не растворяются друг в друге (не образуют однородных систем) и не реагируют химически. Компоненты дисперсных систем называют дисперсионным средой и дисперсной фазой; между ними существует поверхность раздела.

По размеру частиц дисперсной фазы системы разделяют на:

Грубодисперсные (> 10 -5 м);

Мікрогетерогенні (10 -7 -10 -5 м);

Ультрамікрогетерогенні (10 -9 -10 -7 м), или золи (коллоидные системы) 1 .

Если частицы дисперсной фазы имеют одинаковый размер, системы называют монодисперсними; если разный - полідисперсними (таковыми являются практически все природные системы). В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы, различают такие простые дисперсные системы:

* Газы образуют однородные смеси (газообразные растворы).

** Пористые тела по размеру полостей разделяют на:

Микропористые (2 нм);

Лезопористі (2-50 нм);

Макропористые (> 50 нм).

Смеси разделяют с помощью физических методов. Для разделения неоднородных смесей используют отстаивание, фильтрование, флотацию и иногда действие магнита.

Для разделения однородных смесей используют выпаривание и перегонку (дистилляцию).

_____________________________________________________________

1 Если размеры частиц дисперсной фазы не превышают размеров молекул или ионов (до 1 нм), такие системы называют истинными растворами.

В химии существуют понятия чистых веществ и смесей. Чистые содержат молекулы только одного вещества. В природе преобладают смеси, состоящие из разных веществ.

Понятия

Все вещества можно разделить на две категории - чистые и смешанные. К чистым веществам относятся элементы и соединения, состоящие из одинаковых атомов, молекул или ионов. Это вещества с постоянным составом, сохраняющие постоянные свойства.
Примерами чистых веществ являются:

• металлы и инертные газы, состоящие из атомов;
• вода, состоящая из молекул воды;
• поваренная соль, состоящая из катионов натрия и анионов хлора.

Рис. 1. Чистые вещества.

Если в воду подмешать сахар, она перестанет быть чистым веществом, образуется смесь. Смеси состоят из нескольких разных по структуре чистых веществ, которые называются компонентами. Смеси могут иметь любое агрегатное состояние. Например, воздух - это смесь различных газов (кислорода, водорода, азота), бензин - смесь органических веществ, латунь - смесь цинка и меди.

Рис. 2. Смеси.

Каждое вещество сохраняет свои свойства, поэтому вода с солью - солёная, а сплав с железом притягивается магнитом. Однако свойства самой смеси могут меняться в соответствии с количественным и качественным составом компонентов. Например, дистиллированная вода, прошедшая максимальную очистку, в зависимости от добавленных веществ может приобрести сладкий, кислый, солёный или кисло-солёный вкус. Причём, чем выше концентрация определённого вещества, тем сильнее выражен определённый вкус.

По структуре смеси могут быть однородными или сочетать вещества в разных агрегатных состояниях. В соответствии с этим выделяют:

• гомогенные или однородные - частицы нельзя обнаружить без химического анализа, их показатель одинаков в любом месте пробы (сплав металлов);
• гетерогенные или неоднородные - частицы легко обнаружить, их частота неоднородна в разных местах смеси (вода с песком).

К гетерогенным смесям относятся:

• суспензии - смеси твёрдых и жидких веществ (угля и воды);
• эмульсии - смеси разных по плотности жидкостей (масла и воды).

Если один компонент уступает по массе в десятки раз другому компоненту, то его называют примесью.

Способы очистки

Абсолютно чистых веществ не существует. Чистыми веществами считают вещества, содержащие незначительное количество примесей, которые не отражаются на физических и химических свойствах вещества. Чтобы максимально очистить вещество, используются способы разделения смесей:

• отстаивание - оседание тяжёлых веществ в жидкостях;
• фильтрация - отделение частиц от жидкости с помощью фильтров;
• выпаривание - нагревание раствора до испарения влаги;
• применение магнита - выделение с помощью намагничивания;
• дистилляция - разделение веществ с разной температурой кипения;
• адсорбция - скопление одного вещества на поверхности другого.

Металлы от неметаллов можно отделить с помощью флотации. Это процесс, основанный на способности к намоканию веществ. Таким способом отделяют железо от серы: железо намокает и оседает на дно, а сера не намокает и остаётся на поверхности воды.

Рис. 3. Флотация.

Что мы узнали?

Из урока химии 8 класса узнали о понятиях смесей и чистых веществ. Элементы и соединения, состоящие из однородных молекул, атомов или ионов, а также обладающие постоянными свойствами, называются чистыми. Смеси включают несколько чистых веществ разной концентрации и структуры. Соединения могут смешиваться полностью, образуя однородные вещества, или соединяться неоднородно. Для разделения смесей используют различные методы.