Открыть сервисСервис

Смесь как физическая система

Смесь — это физическая система, состоящая из двух или более компонентов (веществ), которые соединены между собой механически и не вступают в химическую реакцию друг с другом. В отличие от химического соединения, состав смеси не является постоянным и может изменяться в широких пределах, а её компоненты сохраняют свои индивидуальные свойства. Смеси — распространённая форма существования вещества в природе и технике: воздух, морская вода, почва, сплавы, растворы, строительные растворы и большинство пищевых продуктов представляют собой именно смеси.

Общая характеристика

Ключевой признак смеси — отсутствие химического взаимодействия между компонентами. Каждое вещество в составе смеси сохраняет свои физические и химические свойства: например, в смеси железных и медных опилок можно отдельно обнаружить и железо, и медь. Состав смеси непостоянен: образец воздуха у поверхности Земли и в высокогорье, проба воды из разных источников или партия бетона могут существенно различаться по соотношению компонентов.

Разделение смесей основано на различии физических свойств их составляющих — плотности, температуры кипения, растворимости, размера частиц, магнитных свойств. Именно поэтому смеси, в отличие от чистых веществ, можно разделять физическими методами, не прибегая к химическим реакциям.

Классификация

По агрегатному состоянию и характеру распределения частиц смеси делят на несколько основных типов.

Гомогенные (однородные) смеси

В гомогенных смесях частицы компонентов распределены равномерно, и границы между отдельными веществами неразличимы ни визуально, ни с помощью оптических приборов. К таким смесям относятся:

Гомогенные смеси называют также растворами, а их компоненты — растворителем и растворённым веществом.

Гетерогенные (неоднородные) смеси

В гетерогенных смесях компоненты не смешиваются на молекулярном уровне, и между ними сохраняются видимые границы раздела фаз. Различают:

  • Суспензии — смеси жидкости с твёрдыми нерастворимыми частицами (например, взвесь глины в воде, строительный раствор).
  • Эмульсии — смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (молоко, майонез, нефтяные эмульсии).
  • Аэрозоли — смеси газа с жидкими или твёрдыми частицами (туман, дым, пыль).
  • Пены — смеси газа с жидкостью (мыльная пена, взбитые сливки).

По размеру частиц

Отдельно выделяют грубодисперсные системы (частицы крупнее 100 нм, различимы глазом) и коллоидные системы (частицы от 1 до 100 нм, видимые только в микроскоп). Коллоидные растворы занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубыми взвесями.

Способы разделения

Разделение смесей на компоненты основано на различии их физических свойств. Основные методы:

МетодПринципПример применения
ФильтрованиеРазный размер частицОтделение песка от воды
ОтстаиваниеРазная плотностьОчистка воды от глины
ВыпариваниеРазная температура кипенияПолучение соли из раствора
ДистилляцияРазная температура кипенияРазделение нефти, получение спирта
Магнитная сепарацияМагнитные свойстваОтделение железа от серы
ЭкстракцияРазная растворимостьИзвлечение веществ растворителем
ХроматографияРазная сорбционная способностьАнализ сложных смесей

Эти методы широко применяются в химической промышленности, металлургии, нефтепереработке, фармацевтике, пищевой промышленности и водоочистке.

Отличие от химического соединения

Различие между смесью и химическим соединением принципиально:

  • Состав смеси переменный, состав соединения постоянен и выражается химической формулой.
  • Компоненты смеси сохраняют свои свойства, компоненты соединения их утрачивают.
  • Смесь разделяется физическими методами, соединение — только химическими реакциями.
  • Образование смеси, как правило, не сопровождается выделением или поглощением энергии, образование соединения — сопровождается.

Например, смесь железа и серы можно разделить магнитом, а сульфид железа (химическое соединение) — нет.

Значение и применение

Смеси играют определяющую роль в природе и хозяйственной деятельности. Атмосферный воздух — газовая смесь, необходимая для дыхания и горения. Природные и сточные воды — сложные растворы и суспензии. Почва — многофазная гетерогенная система. В технике смеси лежат в основе металлургии (сплавы), строительства (бетон, растворы, асфальт), нефтехимии (топлива, масла), медицины (лекарственные растворы, мази), пищевой промышленности (напитки, тесто, соусы).

В России исследования смесей и растворов ведутся в рамках физической химии, коллоидной химии и материаловедения; соответствующие курсы входят в программы химических, химико-технологических и медицинских специальностей вузов.

Интересные факты

  • Воздух содержит около 78 % азота, 21 % кислорода и около 1 % прочих газов по объёму.
  • Морская вода — раствор, содержащий практически все известные химические элементы.
  • Коллоидные растворы способны рассеивать свет (эффект Тиндаля), что отличает их от истинных растворов.
  • Сплавы часто превосходят по свойствам чистые металлы: добавление небольших количеств углерода превращает мягкое железо в прочную сталь.

Источники: учебники по общей и неорганической химии, справочники по физической химии, материалы по коллоидной химии и материаловедению.

Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru