Чистые вещества и смеси. Состав смесей, массовые и объемные доли.
1. Чистые вещества и смеси.
Чистое вещество – это вещество, обладающее постоянным составом и постоянными свойствами. Смеси – это сочетание двух и более веществ (компонентов). Состав и свойства смесей не постоянны, они могут меняться. Смеси можно разделить на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные). Гомогенными называют такие смеси, компоненты которых не видны даже с помощью приборов. Гетерогенными называют смеси, составляющие компоненты которых можно обнаружить невооруженным глазом или с помощью микроскопа. Состав смесей можно выразить с помощью долей.
2. Объемная доля компонента смеси.
В состав воздуха входит несколько различных газов: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, водяные пары и некоторые другие вещества. Содержание каждого их этих газов в чистом воздухе строго определенно. Для того чтобы выразить состав смеси газов в цифрах, то есть количественно, используют особую величину, которую объемной долей компонента газовой смеси.
Объемной долей компонента газовой смеси называют отношение объема данного газа к общему объему смеси
φ (газа) = V(газа) : V(смеси) х100%
Объемную долю газа в смеси обозначают φ – «фи». Что же показывает, означает объемная доля газа в смеси или, как говорят, каков физический смысл этой величины? Она показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ.
Если бы нам удалось разделить 100л воздуха на отдельные газообразные компоненты, мы получили бы около 78л азота, 21л кислорода, 30мл углекислого газа, в оставшемся объеме содержались бы так называемые благородные газы (в основном аргон) и некоторые другие
Можно рассчитать объемные доли этих газов в воздухе:
φ (азота) = V(азота) : V(воздуха) = 78л / 100л = 0,78 или 78 %
φ (кислорода) = V(кислорода) : V(воздуха) = 21л / 100л = 0,21 или 21 %
φ (углекислого газа) = V(углекислого газа) : V(воздуха) = 0,03л / 100л = 0,0003 или 0,03 %
φ (других газов) = V(других газов) : V(воздуха) = 0,97л / 100л = 0,0097 или 0,97 %
Нетрудно заметить, что сумма объемных долей всех газов в смеси всегда равна 1 или 100%:
φ (азота) + φ (кислорода) + φ (углекислого газа) + φ (других газов) = 78% + 21% + 0,03% +0,97%=100%
Тот воздух, который мы выдыхаем, гораздо беднее кислородом (его объемная доля снижается до 16%), зато содержание углекислого газа возрастает до 4%. Такой воздух уже непригоден для дыхания. Вот почему помещение, в котором находится много людей, надо регулярно проветривать.
В химии, в производстве чаще приходится сталкиваться с обратной задачей: определить объем газа в смеси по известной объемной доле. Вычислим, к примеру, какой объем кислорода содержится в 500л воздуха
V(кислорода) = φ (кислорода) х V(воздуха).
Подставим в уравнения числа и рассчитаем объем кислорода:
V(кислорода) = φ (кислорода) х V(воздуха).= 500 х0,21 = 105л
Кстати, для приближения расчетов, объемную долю кислорода принято считать 20%.
3. Массовая доля растворенного вещества.
Содержание растворенного вещества в растворе химики называют концентрацией.
Концентрацию вещества можно выражать различными способами. Один из самых распространенных способов выражения концентрации – это массовая доля вещества в растворе. Массовая доля обозначается греческой буквой ω (омега) и может принимать значения от 0 до 1 (или от 0 до 100%)
Массовой долей вещества в растворе называют отношение массы растворенного вещества к массе раствора.
ω(вещества)= т(вещества): т(раствора) х100%
Порядок вычисления похож на нахождение объемной доли. Действительно, любая доля – это отношение части чего-либо к целому. Массовая доля показывает, какая часть массы раствора приходится на растворенное вещество. Массовая доля вещества в процентах численно равна массе растворенного вещества в 100г раствора. Например, в 100г 3%-ного раствора уксуса содержится 3г чистой уксусной кислоты.
Самые простые растворы состоят из двух компонентов. Первый – растворитель. Чаще всего это вода. Обычно, когда речь идет о растворах, мы подразумеваем жидкие растворы. Хорошими растворителями являются многие органические вещества – спирт, ацетон, бензин. Второй компонент раствора – это растворенное вещество. Им может быть газ, жидкое или твердое вещество.
Масса раствора складывается из массы растворителя и массы растворенного вещества:
т(раствора)= т(растворителя)+ т(растворенного вещества)
Предположим, что массовая доля растворенного вещества равна 0,1 или 10%, тогда массовая доля растворителя будет равна 0,9 или 90%
Массовая доля растворенного вещества широко используется не только в химии, но и в медицине, биологии, физике, в повседневной жизни.
4. Массовая доля примесей.
Вы уже знаете, что состав и свойства смесей могут меняться (в отличие от чистых веществ). Компоненты смесей могут быть полезными (например, добавление некоторых металлов может изменить свойства сплава – увеличить температуру плавления, придать прочность или пластичность)
Присутствие посторонних соединений изменяет свойства вещества. В некоторых областях техники использование недостаточно «чистых» материалов недопустимо. Микросхему компьютера не сделать без особо чистого кристалла кремния, в атомной энергетике предъявляются повышенные требования к очистке ядерного топлива, световой сигнал «погаснет» в стекловолоконном кабеле, наткнувшись на посторонние вкрапления.
Если главное (основное вещество) содержит посторонние загрязнения – это тоже смесь, только в этом случае все ненужные, а порой и вредные компоненты называют одним словом – примеси. Чем меньше примесей, тем чище вещество.
Иногда вещество, содержащие примеси, называют техническим образцом или просто образцом. Следовательно, любой такой образец включает основное вещество и примеси. Степень чистоты вещества принято выражать массовой долей основного компонента или массовой долей примесей.
Массовой долей примесей называется отношение массы примесей к массе образца.
ω(примесей)= т(примесей): т(образца) х100%
Предположим, что нужно вычислить массовую долю основного вещества в образце. Тогда можно воспользоваться формулой:
ω(основного вещества)= т(основного вещества): т(образца) х100%
или вспомнить, что сумма массовых долей основного вещества и примесей всегда равна 1 или 100%:
ω(основного вещества)+ ω(примесей) = 1 или 100 %
Также справедливо утверждение, что масса образца складывается из массы основного вещества и массы примесей:
т(образца) = т(основного вещества) + т(примесей).
Задания.
- Внимательно прочитайте текст. Выпишите в тетрадь все определения и формулы. Выучите их.
- Приведите по три примера гомогенных и гетерогенных смесей.
- Объемная доля аргона в воздухе составляет 0,9%. Найдите объем воздуха, необходимого для получения 125м3 аргона.
- При разделении воздуха было получено 500л азота. Какой объем кислорода и углекислого газа были при этом получены?
- Объемная доля метана в природном газе составляет 92% Какой объем газовой смеси будет содержать 300мл метана?
- Смешали 50мл кислорода и 100мл водорода. Найдите объемную долю каждого газа в полученной смеси.
- * Измерьте объем вашей комнаты и найдите объем кислорода, который в ней содержится.
- Массовая доля йода в аптечной настойке составляет 3%. Какую массу йода и спирта нужно взять, чтобы приготовить 15г йодной настойки?
- В 240г воды растворили 10г соли, определите массовую долю полученного раствора.
- В 300г столового уксуса содержится 9г уксусной кислоты. Определите массовую долю кислоты в уксусе.
- Найдите массу воды и лимонной кислоты, необходимых для приготовления 150г 5% раствора.
| 
