Урок 6 Бесплатно Вещества в окружающей нас природе и в технике

Чистые вещества и смеси

На основании точных химических анализов, проводимых учеными-химиками можно смело утверждать, что абсолютно чистых веществ в природе нет.

Что такое чистота вещества? Здравый смысл подсказывает, что это количество примесей в смеси.

Причем примеси – это далеко не всегда те вещества, которых в веществе содержится мало.

Например, в железной руде находится 40 % веществ, которые не нужны в процессе выработки железа, а значит, это примеси.

В золотоносных породах содержится меньше 1 % золота, а остальные 99 % – это примеси. Применительно к рудам такие примеси называют пустой породой.

В химии даже незначительное количество примесей может существенно влиять на свойства вещества.

Например, подложку для компьютерных процессоров делают из очень чистого кремния.

И в данном случае присутствие даже одного постороннего атома на миллиард атомов кремния уже делает такую подложку негодной, и она уходит на повторную переработку.

От персонала, работающего на заводах Intel и AMD (производителей процессоров), требуют соблюдения идеальной чистоты.

В химических лабораториях существует своя классификация веществ по чистоте. Химики выделяют несколько степеней очистки:

  • чистый
  • химически чистый
  • чистый для анализа
  • особо чистый

Для отделения примесей смеси веществ разделяют.

Разделение веществ – это физический процесс. Вы можете в этом убедиться на простом опыте (помните, химия – наука экспериментальная). Насыпьте на бумагу отдельно порошок серы (можно купить в аптеке) и порошок железа (можно настрогать напильником с гвоздя).

Перемешайте их (только не руками, а, например, зубочисткой).

Вы получили смесь двух веществ.

Эту смесь легко разделить.

Положите на смесь лист бумаги и приложите магнит.

Порошок железа притянется к магниту, а сера – нет.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Помните, что все химические опыты (даже такие простые) нужно проводить только с разрешения родителей, а многие – ещё и в их присутствии!

Отсюда следует важное свойство смеси веществ: их можно разделить на чистые вещества физическими методами.

Сложное вещество можно разделить на простые вещества только химическими методами.

У смеси веществ и сложного вещества есть и другие отличия.

Их полезно знать, чтобы даже в простых бытовых ситуациях понимать, что перед вами: смесь веществ или сложное вещество (иначе может случиться так, что вы будете пытаться физическим способом разделить сложное вещество, и у вас, естественно, ничего не получится).

  

Сравнение свойств сложного вещества и смеси веществ

Свойство

Смесь веществ

Сложное вещество

Соотношение химических элементов

Может отличаться

Всегда одинаковое

Физические свойства отдельных химических элементов

Сохраняются

Не сохраняются

Тепловой эффект

Нет

При смешивании веществ не происходит поглощения или выделения энергии

Есть

При образовании сложного вещества энергия или поглощается, или выделяется

Возможность разделения

Физическими методами

Химическими методами

 

Существует много способов разделения смеси веществ:

  • отстаивание
  • фильтрование
  • перегонка
  • плавление

Это только основные из них, но есть и другие, более сложные способы.

Выбор способа зависит от свойств веществ, составляющих разделяемую смесь.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Кстати, хроматографию изобрёл русский ученый Михаил Семёнович Цвет.

Само слово «хроматография» переводится с греческого языка как «запись цвета».

И химики шутят, что учёный назвал этот способ в честь себя любимого.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Природные смеси – источник получения чистых веществ

В природе существуют жидкие, твердые и газообразные смеси веществ, содержащие ценные для человека компоненты.

Воздух представляет собой смесь азота, кислорода, углекислого газа, аргона и других газов (в гораздо меньших количествах).

Для разных отраслей промышленности важен каждый газ по отдельности, поэтому воздух разделяют.

Сначала воздух сжижают охлаждением до очень низкой температуры под высоким давлением, а потом начинают постепенно повышать температуру,  при этом жидкие газы начинают кипеть не все сразу, а в порядке возрастания температур их кипения.

Метод разделения воздуха называется фракционная перегонка.

Температуры кипения отдельных компонентов воздуха

Газ

Содержание
в воздухе, %

Температура кипения, °С

Азот

78,08

– 195,75

Кислород

20,94

– 182,96

Аргон

0,93

– 185,85

Неон

0,0018

– 246,05

Промышленная установка по фракционной перегонке воздуха:

Морская вода – богатый источник растворенных в ней различных веществ, да и сама вода – тоже необходимый ресурс для промышленности, но она нужна чистая.

Существует множество способов опреснения морской воды, чаще всего используют дистилляцию и вымораживание.

Вымораживание основано на том, что при медленном замерзании воды растворенные соли как бы вытесняются в сторону жидкости: если взять большой объем воды, которая замерзала постепенно из центра к краям, то в центре оказывается самая чистая вода, а все примеси будут снаружи.

Именно поэтому айсберги представляют собой пресную воду, несмотря на то, что образовались из солёной морской воды.

Ископаемый уголь – ценнейший природный материал, содержащий почти все элементы таблицы Менделеева.

Уголь используют не только как топливо, но и как сырье для получения многих веществ, например, аммиака или сероводорода.

Областей применения этих двух веществ большое множество, на схеме показаны только некоторые.

А вот вы видите применение аммиака и сероводорода:

Наиболее распространённые природные смеси – руды металлов.

Получение чистого металла из руды – сложный комбинированный процесс.

Он включает в себя сначала физическое разделение смеси: отделение нужного нам соединения от пустой породы, а потом химическую обработку полученного вещества, ведь почти все металлы находятся в земле в виде химических соединений (и только некоторые встречаются в чистом виде, такие как золото или серебро). 

Учёные-химики совместно с геологами постоянно проводят исследования, которые позволят им найти более эффективные пути извлечения рассеянных в земной коре ценных для человека элементов: урана, лития, бериллия, молибдена и многих других.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Растворы. Растворимость веществ

Любой человек и без науки ежедневно имеет дело с растворами.

Как это понятие определяется в науке?

Раствором называется однородная система, состоящая из двух или более компонентов (растворителя и растворенных веществ), относительные количества которых могут изменяться.

Растворы могут быть не только

  • жидкими, как мы все привыкли (сахар в чае), но и
  • газообразными (воздух можно представить как раствор кислорода в азоте) и
  • твердыми (сталь – раствор углерода в железе).

Выше мы рассматривали разницу между сложным веществом и смесью веществ.

Раствор – это как бы промежуточное состояние между сложным веществом и смесью веществ.

Между молекулами растворителя и частицами растворенного вещества происходят не только физические, но и химические взаимодействия: в процессе растворения можно наблюдать признаки и физических, и химических процессов.

Признаки физических явлений

Признаки химических явлений

Диффузия: переход многих «качеств» растворенного вещества в раствор. Например, при растворении сахара весь раствор становится сладким. При растворении окрашенного вещества окраску приобретает весь раствор.

Выделение теплоты: при растворении серной кислоты в воде выделяется очень большое количество теплоты.

Поглощение теплоты: при растворении поваренной соли в воде поглощается теплота.

Изменение окраски: фиолетовые кристаллы йода при растворении в спирте образуют раствор коричневого цвета.

Способность веществ растворяться в каком-либо растворителе называется растворимостью.

Из жизненного опыта вам известно, что растворимость веществ не безгранична.

Есть вещества с разной растворимостью.

На схеме я привёл по три вещества

  • нерастворимых (мел – карбонат кальция, песок – оксид кремния, кремниевая кислота – компонент силикатного клея)
  • малорастворимых (гипс – сульфат кальция, хлорид серебра – компонент светочувствительного слоя фотобумаги, сода – гидрокарбонат натрия)
  • хорошо растворимых (сахар, селитра – нитрат аммония, поваренная соль – хлорид натрия)

Самый универсальный природный растворитель – вода.

Но основное влияние на растворение жидкостей оказывает природа растворимого вещества и растворителя. 

Количество растворённого вещества можно выражать качественно (концентрированный раствор или разбавленный) или количественно. Последнее для химии гораздо важнее.

Чаще всего концентрацию раствора выражают в массовых долях или в процентах.

Массовой долей растворенного вещества называют отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора.

Массовая доля, выраженная в процентах, называется процентной концентрацией и показывает количество растворенного вещества в 100 г раствора.

Зачем нужны эти знания?

Очень частая ситуация на каждой кухне:

в рецепте солений на зиму указано, что необходимо добавить 1 ложку 6 %-го уксуса.

А в холодильнике у вас – 9 %-ый. Или наоборот. Что делать?

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Ещё алхимики говорили: «подобное растворяется в подобном».

Например, бензин плохо растворяется в воде, но хорошо в органических растворителях, которые используют в химической чистке.

Или упомянутая нами на одном из предыдущих уроков сера совершенно нерастворима в воде, зато отлично растворяется в сероуглероде – химическом соединении серы и углерода.

На самом деле это алхимическое правило – не простое совпадение, а имеет логичное научное объяснение, с которым вы обязательно познакомитесь на одном из следующих уроков.

Если знать, что такое процентная концентрация, рассчитать нужное количество 9%-го уксуса не составит труда.

Это только один из очень многих примеров применения химических знаний в быту.

 

Процентная концентрация также бывает массовой или объемной.

Эти величины могут отличаться для одного и того же раствора, потому что плотность растворов не равна плотности чистой воды (1 кг/л).

Вы наверняка часто замечали, как взрослые читают надпись «Спирт: 10 об. %» на этикетке бутылки вина как «10 оборотов».

А ведь они взрослые люди! Это просто смешно.

Подобные надписи как раз и обозначают объёмные проценты.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Заключительный тест

Пройти тест