что такое гомогенная смесь

Что такое гомогенная смесь

19.1. Фазы

При описании многих физических и химических систем используется понятие фаза.

Фаза – часть системы, однородная по составу и строению и отделенная от других частей системы (других фаз) границей раздела (межфазной границей).

Фазой системы может быть газ или смесь газов, жидкость (или жидкий раствор), твердое вещество (или твердый раствор). В любом случае, чтобы представлять собой отдельную фазу, такая составная часть системы должна быть однородной. Каждое из твердых веществ и каждая из несмешивающихся жидкостей представляют собой отдельную фазу.

Система, образованная водой и таящим льдом, состоит из двух фаз, так как, хоть по составу вода и лед одинаковы, у них разное строение, кроме того, между ними есть граница раздела. Воздух, соляная кислота, подкисленный серной кислотой водный раствор перманганата калия – системы, состоящие из одной фазы; здесь нет границ раздела, и в любой части такой системы состав и строение одинаковы.

По числу фаз системы делят на гомогенные и гетерогенные.

Фаза может быть сплошной или дисперсной (раздробленной на множество отдельных частиц). Сплошной фазой принято считать фазу, из любой точки которой можно попасть в любую другую точку, не пересекая межфазную границу.
Гомогенная система может быть образована лишь сплошной фазой.
Гетерогенная система может быть образована, как сплошными, так и дисперсными фазами.

Вода с помещенной в нее цинковой пластиной представляет собой гетерогенную систему, состоящую из двух сплошных фаз; если же в ту же воду насыпать цинковую пыль, или просто поместить отдельные гранулы цинка, то в такой системе одна из фаз будет дисперсной.

19.2. Дисперсные системы

Гетерогенные системы, содержащие дисперсные фазы называют дисперсными системами. При этом сплошная фаза дисперсной системы называется дисперсионной средой.

Туманы и дымы носят общее название – аэрозоли. Именно они (в данном случае туманы) образуются при выпускании в воздух содержимого аэрозольных баллончиков. Дымы образуются не только при горении топлива, но и в результате многих других химических реакций, например, при взаимодействии хлороводорода с аммиаком.

К эмульсиям относится обычное молоко и множество технических эмульсий, например, применяемых для смазки и охлаждения режущего инструмента (эмульсии машинного масла в воде).

Примером грубодисперсной суспензии служит строительный » раствор» (суспензия песка и цемента в воде), а мелкодисперсной – масляная краска (суспензия пигмента в олифе). При затвердевании строительного раствора и » высыхании» масляной краски они превращаются в дисперсные системы с твердой дисперсионной средой. К этой же группе дисперсных систем относятся некоторые сплавы и многие горные породы.

Примеры жидких пен – мыльная, пивная, квасная и другие пены. Твердыми пенами являются пенопласт, пенополиэтилен, пенополиуретан, некоторые строительные материалы-утеплители. В отличие от них, обычная банная губка является дисперсной системой с двумя взаимопроникающими дисперсионными средами. В виде дисперсных систем с жидкой дисперсной фазой и твердой дисперсионной средой выпускаются некоторые лекарственные средства.

Пользуясь терминологией, приведенной в этом параграфе, следует помнить о том, что она не всегда правильно используется, особенно в технике. Так строительный » раствор» – отнюдь не раствор, а грубодисперсная суспензия. Фотографическая » эмульсия» – отнюдь не эмульсия, а дисперсная система с твердой дисперсной фазой (в черно-белой фотографии – бромидом серебра) и твердой дисперсионной средой, основным компонентом которой является животный белок коллаген. Водоэмульсионная краска (правильное название – водно-дисперсионная) не является эмульсией, а представляет собой дисперсию в воде твердых частичек пигмента и связующего.

19.3. Коллоидные растворы

Истинные растворы – гомогенные системы. Частицы, из которых они состоят, перемешаны на атомно-молекулярном уровне. Кроме таких растворов существуют внешне однородные системы, содержащие очень мелкие частицы другой фазы, тем не менее не являющиеся отдельными молекулами или ионами. Такие гетерогенные системы носят название коллоидных растворов (более новое название – лиозоли).

Частицы в коллоидных растворах невозможно отделить фильтрованием. Если они и отстаиваются, то очень медленно (иногда для этого требуется несколько лет). Обычные центрифуги также, как правило, не позволяют разделить коллоидный раствор. Иногда это удается с использованием так называемых » ультрацентрифуг» – центрифуг с очень большой скоростью вращения. Такая устойчивость коллоидных растворов связана не только с незначительными размерами твердых частиц (примерно от 10 до 1000 Е), но и с довольно сложными электрофизическими явлениями на их поверхности, приводящими к взаимному отталкиванию коллоидных частиц.

Фаза, гомогенная система, гетерогенная система, сплошная фаза, дисперсная фаза, дисперсная система, дисперсионная среда, аэрозоль, эмульсия, суспензия, жидкая пена, твердая пена, коллоидный раствор (лиозоль).

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Источник

Виды однородных смесей и способы их разделения

Однородные смеси в химии — определение понятия

Смесью в химии называют систему, содержащую два или более разных вещества, которые не реагируют друг с другом.

Концентрация веществ в смеси может меняться в широких пределах. В качестве примера смеси можно привести воздух в атмосфере. Он представляет собой смесь газов, в состав которой входят:

Компоненты смеси являются веществами, входящими в состав смеси.

Выделяют следующие классы смесей:

Однородные (гомогенные) смеси — представляют собой смеси, в которых невооруженным глазом или через микроскоп не получится выявить компоненты, входящие в состав.

Примерами гомогенной смеси являются вода, в которой растворен сахар, а также воздух и превалирующая часть металлических сплавов. Все перечисленные вещества представляют собой однородные смеси.

Для приготовления однородной смеси можно добавить в стакан с водой какое-то количество сахара. В процессе интенсивного перемешивания такой массы сахар растворяется, а жидкость становится сладкой на вкус. В результате сахар не исчезает, а становится компонентом смеси. Однако происходят изменения, в результате которых кристаллы сахара невозможно рассмотреть даже с помощью мощного микроскопа. Полученная субстанция из сахара и воды представляет собой однородную смесь с равномерно перемешанными мельчайшими частицами данных веществ.

По-другому однородные смеси называют растворами. Это однородная смесь, состоящая из растворенного вещества и растворителя.

Однородные смеси отличаются по физическим свойствам. Определяющим фактором являются свойства составных компонентов. К примеру, вода кипит при 100 °C, а водный раствор соли может закипать при более высокой температуре. При охлаждении воды до температуры 0 °С, данное вещество трансформируется в лед. Раствор соли при аналогичных условиях сохраняет жидкое агрегатное состояние, а замерзание происходит при температуре ниже 0 °С.

Сплав из олова и свинца, который применяют для паяния, плавится при более низкой температуре по сравнению с чистыми металлами.

Однородной смесью также является раствор спирта и воды. Определение раствора применимо к смесям не только в жидком, но и в твердом или газообразном агрегатном состоянии.

Виды гомогенных смесей и способы их разделения

Классификация гомогенных смесей:

Воздух является гомогенной смесью газообразных веществ. Чистый воздух состоит из следующих компонентов:

Примерами однородных смесей газов являются природный газ и попутный нефтяной газ. Данные вещества состоят из газообразных углеводородов:

Растворами в распространенных случаях называют смеси веществ в жидком агрегатном состоянии. Однако термин распространяется и на газы, и на твердые вещества. В широком понимании, раствор представляет собой любую однородную смесь веществ.

Одним из самых ценных растворов природного происхождения является нефть. В результате переработки этой смеси получают следующие материалы:

Перечисленные вещества являются смесями из разнообразных углеводородов.

Для приготовления раствора требуется вещество в виде жидкости, газа или твердого материала смешать с растворителем. Роль растворяющих компонентов могут играть вода, спирт, ацетон и другие подобные вещества. Получение нашатырного спирта, к примеру, основано на растворении в воде газообразного аммиака. Получить тинктуру йода можно путем растворения кристаллического йода в этиловом спирте (этаноле).

Сплавы представляют собой твердые растворы. Данные материалы получают путем обработки металлов. Состав сплава может включать большое количество разнообразных веществ. В современном мире высоко ценятся сплавы железа в виде чугуна и стали. В чугуне содержится свыше 2% углерода, а в стали — концентрация углерода меньше.

Другими распространенными составными компонентами железных сплавов являются:

С целью придания сталям каких-либо специфических свойств используют процесс легирования, то есть вводят в состав металла особые примеси. К примеру, сталь с повышенной ударопрочностью содержит марганец в высокой концентрации. В процессе выплавки нержавеющей стали в состав материала вводят добавку в виде хрома.

В современной промышленности активно используют сплавы алюминия. Такие материалы обладают легкостью и хорошими прочностными характеристиками. Сплавы алюминия, как правило, содержат следующие компоненты:

Человек достаточно давно использует медные сплавы, что известно из истории. Бронза представляет собой сплав меди с оловом, а латунь — сплав меди и цинка. Современные технологии металлургического производства допускают применение в выплавке медных сплавов и других металлов, в том числе, алюминия, никеля, свинца.

Какими методами можно такие смеси разделить

Существует несколько основных методов разделения гомогенных смесей:

Метод выпаривания (кристаллизации) основан на различии в температурах, при которых можно наблюдать кипение растворителя и растворенного вещества. С помощью данной методики выделяют растворимые твердые вещества из раствора. В распространенных случаях технология выпаривания включает несколько стадий:

В процессе происходит постепенное испарение воды или другого растворителя. В результате на дне чаши остается твердое вещество.

Конденсация — является фазовым переходом вещества из состояния газа или пара в жидкое или твердое состояние.

В результате конденсации вещество, которое испарилось, к примеру, вода или другой растворитель, может быть собрано в виде конденсата на более холодной поверхности. Действие данного метода можно объяснить таким образом: при помещении холодного предметного стекла над выпаривательной чашей легко заметить на его поверхности воду в виде капель. По аналогичному принципу работает метод дистилляции (перегонки).

Смесь веществ нагревают, при этом компоненты при повышении температуры испаряются поочередно, начиная с самого легкокипящего. Пары компонента отводят и конденсируют, таким образом разделяют смесь.

В том случае, когда вещество, к примеру, сахар, в процессе нагрева разлагается, воду испаряют не полностью. После упаривания раствора до насыщенного состояния кристаллы сахара выпадают в осадок.

Возникают ситуации, когда необходимо удалить примеси из состава растворителей, например, очистить воду от соли. Тогда растворитель испаряют, а его пары собирают и конденсируют при понижении температуры. Данный метод разделения однородной смеси также носит название дистилляция, или перегонка.

В природном мире невозможно обнаружить чистую воду, не содержащую каких-либо примесей. Растворами солей в воде являются океаническая, морская, речная, колодезная, родниковая вода. Чистая вода без солей нередко используется в моторах автомобилей, на химических производствах, где получают разные вещества и растворы, при изготовлении фотографий. Такая вода является дистиллированной (полученной в результате дистилляции) и подходит для применения в лабораториях в процессе постановки разных химических экспериментов.

С помощью перегонки разделяют такие вещества, как:

Хроматография — является способом разделения и исследования смесей веществ.

Данный метод основан на неодинаковых скоростях, с которыми распределяется изучаемое вещество между двумя фазами:

Неподвижная фаза в распространенных случаях является сорбентом с развитой поверхностью, то есть мелкодисперсным порошком. В качестве примера можно привести оксид алюминия или оксид цинка. Подвижная фаза представляет собой поток газа или жидкости. Поток подвижной фазы фильтруется при прохождении сквозь слой сорбента, либо движется вдоль слоя сорбента, к примеру, по поверхности фильтровальной бумаги.

Рассмотреть метод хроматографии на практике и получить хроматограмму можно, если смешать некоторое количество чернил. После нанесения капли смеси на фильтровальную бумагу следует в ее середину приливать по каплям чистую воду. При этом каждая капля вносится после впитывания предыдущей. Вода выполняет функцию элюэнта, с помощью которого изучаемое вещество переносится по сорбенту в виде пористой бумаги.

Вещества, являющиеся составными компонентами смеси, задерживаются бумагой неодинаково. Можно заметить, что одни из них хорошо удерживаются, а другие — впитываются труднее и в течение некоторого времени растекаются, соединяясь с водой. После недолгого ожидания наблюдатель начнет распознавать на листе красочную хроматограмму с пятнами одного цвета в центре и разноцветными концентрическими кольцами по кругу.

В синтезе органических веществ активно используют тонкослойную хроматографию. Преимущество данного метода заключается в максимально простом и высокочувствительном способе детектирования в виде визуального контроля. Пятна, которые невозможно визуально различить, проявляются с помощью разных реактивов, а также ультрафиолетового излучения или авторадиографии.

Источник

Конспект лекции по теме «Чистые вещества и смеси» дисциплины ОУД.10 Химия, специальности 33.02.01 Фармация, СПО

Тема: Чистые вещества и смеси

1. Понятие о смеси веществ.

2. Гомогенные и гетерогенные смеси.

3. Состав смесей: объемная и массовая доли компонентов смеси, массовая доля примесей.

4. Дисперсные системы.

1. Чистые вещества и смеси веществ. Одна из задач химии – изучение свойств веществ. Для этого вещества должны быть чистыми, не содержать примесей других веществ.

Физические свойства чистых веществ определяются опытным путем и приводятся в справочниках. Если свойства вещества (например, температура плавления и кипения, плотность) известны, то можно установить является ли чистым какой-либо образец вещества. Для этого нужно определить температуру плавления, плотность или другое свойство изучаемого образца и сравнить его с известным свойством чистого вещества. Если измеренное значение совпадает со справочным, то вещество чистое.

2. Различают смеси однородные и неоднородные.

Однородными называют смеси двух или нескольких веществ, в которых даже под микроскопом нельзя обнаружить частицы этих веществ.

Например: растворы сахара или поваренной соли в воде, чистый воздух и др.

Неоднородными называют смеси, в которых невооруженным глазом или при помощи микроскопа можно обнаружить частицы двух или нескольких веществ. Например: пыльный воздух, мутная вода, кровь, молоко и др.

Дисперсные системы состоят из одной или нескольких фаз. Каждая фаза отделена от другой поверхностью раздела. Частицы дисперсной фазы состоят из множества молекул, атомов или ионов. В зависимости от размера частиц дисперсные системы подразделяют на высокодисперсные, или коллоидные (их также называют коллоидными растворами, размер частиц от 1 до 100 нм), и грубодисперсные, или взвеси (размеры частиц более 100 нм).

В отличие от истинных растворов для золей характерно рассеяние света коллоидными частицами – эффект Тиндаля: при пропускании через золь луча света в затемненном помещении виден светящийся конус. Так можно распознать, является данный раствор истинным или коллоидным.

Эффект Тиндаля аналогичен известному всем явлению, когда в комнате в пучке солнечного света хорошо видны сверкающие частички пыли. Подобное явление вы наблюдаете в кинотеатре в луче прожектора, а также при освещении туманного воздуха фарами автомобилей.

При нагревании или под действием других факторов коллоидные частицы укрупняются (слипаются) в боле крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегаты называют коагуляцией. При коагуляции частиц коллоидной системы золи превращаются в студенистую массу, которую называют гелем. В этом случае вся совокупность коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразное полужидкое-полутвердое состояние; система в целом теряет текучесть.

Например, 3%-ный раствор желатина в теплой воде превращается в гель. Это обусловлено тем, что коллоидные частицы связывают множество молекул воды, Многие гели известны из повседневной жизни: желе, мармелад, простокваша и др.

К грубодисперсным системам относят суспензии и эмульсии.

Суспензии – это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой – твердое вещество, растворимое в жидкости, например, глина в воде, строительные растворы, взвешенный в речной воде или морской ил и т.п.

Эмульсии – это дисперсные системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза являются несмешивающимися жидкостями, например молоко (мелкие шарики жира в жидкости), лимфа, смесь бензина с водой, водоэмульсионные краски и т.д.

Суспензии и эмульсии мутные, частицы или капельки видны невооруженным глазом. Суспензии легко осаждаются, взвешенные твердые частицы задерживаются обычными фильтрами.

Дисперсионная среда и дисперсная фаза могут быть в различных агрегатных состояниях, что приводит к большому разнообразию дисперсных систем. Например, различают дисперсные системы с газообразной дисперсной средой (туман, дым, пыль в атмосфере, где воздух является средой, а частицы воды или твердые вещества – фазой), жидкой дисперсионной средой (эмульсии, суспензии, пена), твердой средой (сплавы металлов).

Дисперсные системы распространены в природе (яичный белок, цитоплазма, кровь) и играют важную роль в физиологических процессах. Они применяются в быту (продукты питания, зубная паста, клей, лаки, духи), медицине, сельском хозяйстве, промышленности (производство сплавов, красок, обогащение руд методом флотации и т.д.)

Системы с размерами частиц, не превышающими размеров отдельных молекул или ионов (до 1 нм), относят к истинным растворам, или просто растворам.

Источник

Гомогенность бетонных и растворных смесей

К числу важных факторов, влияющих на прочность и долговечность бетонов и растворов, принадлежит их гомогенность. Этот термин, заимствованный из физической химии, часто применяют в строительном материаловедении при оценке практической однородности цементных систем, которые с точки зрения физико-химии являются, в сущности, гетерогенными.

На гомогенность бетона (раствора) влияют соотношение между вяжущим и заполнителями, форма зерен заполнителей, их удельная поверхность, водоцементное отношение, длительность и характер перемешивания смесей, а также способы и дальность их транспортирования, методы укладки и другие технологические факторы Но важнейшей из них при прочих равных условиях является подвижность бетонной смеси. Стремясь повысить однородность бетона, технологи и строители часто выбирают различные пути, например применяют специальные смесители (турбулентные и др.), иногда идут на удлинение технологического цикла или допускают повышенный расход цемента при изготовлении смесей. Как будет показано ниже, весьма эффективным средством для повышения гомогенности бетонов (растворов) может служить наряду с другими способами использование добавок ПАВ.

Существует общая закономерность в изменении однородности распределения компонентов разной крупности, заключающаяся в том, что при изменении однородности распределения одного из компонентов системы или его фракций в процессе приготовления происходит вполне определенное изменение гомогенности всех других компонентов Системы в соответствии с их гранулометрическими характеристиками [170]. Методика анализа гомогенности с помощью указанного метода достаточно проста и вполне приемлема для производственных условий. Весь процесс определения можно разделить на четыре этапа: окрашивание компонента и введение его в смеситель; отбор проб или подготовка участка поверхности конструкции для замеров; определение количества окрашенного компонента на определенном числе одинаковых площадок; статистическая обработка результатов.

В качестве люминесцирующего компонента был взят светосостав Л-15. Но вообще в данном методе, как показал А. П. Меркин, могут быть использованы и другие светосоставы, применяемые для люминесцентных ламп, а также светящихся красок [170]. Распределение меченого компонента в смеси определяли как визуально, так и при помощи фотоэлектронной установки, разработанной A. П. Меркиным с сотрудниками. Для возбуждения люминесценции использовали лампы, дающие длинноволновую часть ультрафиолетового спектра. Видимая часть спектра источника возбуждения задерживалась увиолевым фильтром. Визуальный метод не требовал специального оборудования, кроме ртутно-кварцевой лампы и увиолевого фильтра.

Однородность в данном сечении образца количественно определялась значением стандартного отклонения о. Безусловно, значение стандартного отклонения зависело от размера площадки, уменьшаясь с увеличением последней. При сравнении различных образцов или различных сечений одного образца размеры площадки выдерживали постоянными.

На рис. 9 показано изменение гомогенности бетонной смеси с добавками ПАВ в зависимости от длительности перемешивания в бетономешалке, работающей по принципу свободного падения. Из полученных данных видно, что поверхностно-активные добавки заметно повышают однородность смеси.

По указанному методу Н. Я. Дудак при нашем участии исследовал гомогенность бетонных смесей состава Ц:П:Щ = 1:2,04:3,92 с добавлением ПАВ в условиях строительства Каневской ГЭС. Было установлено, что введение комплексных поверхностно-активных добавок (КГПД или окисленный петролатум + СДБ) повышает гомогенность бетонных смесей на 19—25%. В результате исследований была получена также зависимость предела прочности образцов бетона при сжатии от гомогенности при различной длительности перемешивания смеси.

Э. В. Мадорский, пользуясь методом меченого компонента, определил гомогенность бетонных (растворных) смесей в зависимости от времени перемешивания в высокоскоростных турбулентных смесителях (типа СБ-81), установленных на растворобетонных узлах объединения Мосстройконструкция. Была показана возможность получить одинаковую гомогенность бетонных и растворных смесей с комплексной ГПД по сравнению с обычными смесями (без добавки) при сокращении времени перемешивания в турбулентных смесителях на 15—20% [89]. Этот вывод особенно важен для повышения производительности автоматизированных заводов, выпускающих товарные бетоны и растворы.

Исходя из результатов описанных опытов можно считать, что комплексная ГПД способствует повышению гомогенности бетонных и растворных смесей и среднем примерно на 20%.

Источник

Концентрация массовая

Концентрация смеси выражает содержание в ней составляющих компонентов. Показатель дает возможность определить содержание конкретного вещества в растворе. Чаще всего используются такие виды концентрации растворов: массовая, объемная, массовые доли, молярная концентрация.

Что такое раствор?

Большинство веществ, которые нас окружают, не являются чистыми. Как правило, это смеси, которые содержат в своем составе несколько компонентов, находящихся в одном или разных состояниях (жидкость, газ, твердое вещество). Смеси, которые имеют однородный состав, называются гомогенными, если состав неоднородный, – гетерогенными. Гомогенные смеси – это растворы, когда одно вещество (растворитель) полностью растворяет другое. Растворитель является компонентом раствора, который в получившейся смеси сохраняет свое состояние, как правило, его количество наибольшее.

Растворы могут быть газовыми, жидкими, твердыми.

Концентрация раствора бывает качественной и количественной. Качественная концентрация определяет растворы насыщенные, ненасыщенные, перенасыщенные. Количественная концентрация раствора выражается через доли вещества, которые входят в его состав.

Массовая концентрация

Показатель характеризует растворенное вещество. Массовая концентрация выражается в граммах, которые содержатся в 100 грамм раствора.

Каждая смесь может содержать разное количество растворителя и растворенного вещества. Если количество второго в отношении растворителя достаточно большое, раствор будет концентрированный, если меньше – слабый.

Концентрация раствора – важная характеристика при его описании. Важно установить, процентное содержание растворенного вещества в полученном растворе. Так, если масса раствора 110 г, масса вещества 10 г, то для расчета его концентрации нужно 10/110х100%. В результате получится, что концентрация раствора составляет около 9,09 процентных единиц.

Используется концентрация растворов, чтобы описать массовую долю вещества, которое в нем растворяется (w), как отношение его массы е общей массе всего раствора. Выражается массовая доля в процентах или долях, как единица безразмерная.

Если раствор имеет массу 200 г, в нем содержится 50 г растворенного вещества, то массовая доля последнего будет составлять 25% или 0,25 доли (50/200=0,25). Также можно рассчитать массовую долю растворителя. Для этого требуется выполнить такие действия: 200-50=150 г, а затем 150/200=0,75. Таким образом, массовая доля растворителя составит 75% или 0,75 долей.

Отсюда следует, что для расчета массовой доли веществ в составе раствора используется следующая формула: w(вещества) = m(вещества)/m(раствора). Зная массовую долю вещества, можно найти его массу по формуле: m(вещества) =w(вещества) х m(раствора).

Сумма массовых концентраций раствора (растворителя включительно) образует его плотность. Если химическое вещество чистое, массовая концентрация такая же, как и его плотность (масса/объем). Отсюда следует, что массовая концентрация компонента в смеси – это его плотность.

Источник