Соединения и смеси

Большинство веществ состоит из нескольких элементов, т.е. многие вещества представляют собой соединения или смеси. Соединение — это вещество, содержащее атомы двух или более элементов, соединенные между собой химической связью. В смеси, например в морской воде или воздухе, различные вещества перемешаны, но не связаны химически. Морской песок — смесь частиц кварки, раковин и органических веществ (см. рис.). Кварц – соединение кремния и кислорода. Почти  бесцветные песчинки – это частицы кварца.

Морской песок — смесь частиц кварки, раковин и органических веществ

Соединения

В соединении атомы двух или более эле­ментов связаны вместе химической связью, так что образуется совершенно но­вое вещество. Углекислый газ — это соединение, состоящее из связанных атомов углерода и кислорода. Если нагреть смесь железа с серой, то произойдет реакция и образуется новое вещество – сульфид железСоединение нельзя разделить на эле­менты физическими методами, например путем фильтрации или выпаривания. Свойства соединения отличаются от свойств элементов. Если нагреть смесь железа с серой (слева), то произойдет реакция и образуется новое вещество – сульфид железа. После реакции железо уже нельзя отделить от серы. В отличие от железа сульфид железа не намагничивается, а в отличие от измельченной серы, тонет в воде. В каждом образце соединения эле­менты содержатся в одинаковой про­порции. Химическая формула отражает соотношение элементов. Формула суль­фида железа FeS говорит о том, что каждый атом железа связан с одним атомом серы.

Хотя элементов всего около ста, они могут соединяться самыми разными способами, поэтому в мире существует не меньше двух миллионов соединений. Вода — это соединение водорода с кислородом. Стекло — соединение кальция,  кремния, кислорода и натрии. Соединения делятся на группы в соответствии с их химическими свойствами. Так, кислоты и основания составляют особые группы. Соединения можно так­же разделить по признаку наличия тех или иных атомов. Например, гидриды — это вещества, содержащие водород. Хлориды содержат хлор, оксиды содержат кисло­род. При реакция натрия с хлором, образуется хлорид натрия — поваренная соль. Хлор — ядовитый газ, а натрий — очень активный металл. Хлорид натрия не обладает этими опасными свойствами.

Все органические соединения содержат углерод. Все живые организмы, как и ис­копаемое топливо, например нефть, со­стоят из органических соединений. Люди также производят органические соединения — пластмассы, красители, моющие средства, лекарства.

Смеси

Большинство окружающих нас веществ — смеси. Частицы железа притягиваются к магниту, а частицы серы на магнит не реагируютОни содержат различные вещества (элементы или соединения), не вступившие в химические реакции. Смесь может содержать два или более элементов — веществ, состоящих из атомов одного типа. Смесь может содержать соединения, т.е. вещества, состоящие из атомов разных типов. Смесь может состоять из элементов и соединений. Воздух — смесь элементов (кислород) и соединений (пыль, копоть). Компоненты смеси химически не связаны, и их можно легко разделить. Напри­мер, из смеси железа с серой частицы железа можно извлечь магнитом. Частицы железа притягиваются к магниту (см. рис.), а частицы серы на магнит не реагируют. В смеси компоненты могут содержать­ся в любых пропорциях. Все компоненты сохраняют свои индивидуальные свойства. Тесто — это смесь различных соединений: яиц, муки, жира. Испеченный пирог представляет собой новое соединение. Соль — это соединение натрия с хлором. Масло — органическое соединение, в нем есть углерод, водород и кислород

Виды смесей

В состав смесей могут входить и твердые вещества, жидкости и газы. Воздух — это смесь газов, а морская вода — смесь твердого вещества (соли) и жидкости. Латунь — смесь двух твердых веществ, меди и цинка. Смеси металлов называются сплавами. Когда твердое вещество (например, соль) растворяется в жидкости (например, в воде), образуется раствор. Лег­ко растворяющееся твердое вещество называют растворимым, а то, которое не растворяет­ся, — нерастворимым. Смесь, состоящую из частиц твердого вещества, взвешенных в жидкости или газе, называют взвесью. Кровь, молоко, дым — все это взвеси. Молоко — взвесь частиц жира в воде. Шипучие напитки — смеси двух жидкостей (воды и красителя) и углекислого газа. Газ выделяется в виде пузырьков. Жидкости, которые легко образуют смеси, например вода и чернила, называются смешиваемыми. Если жидкости не образуют раствора — вода и нефть, — говорят, что они несмешиваемые. Чтобы их перемешать, нужно добавить третье вещество – эмульгатор. Эмульгатор разбивает нефть на небольшие капли, зависающие в воде. Полученная смесь называется эмульсией. Майонез — масляно-уксусная эмульсия. Эмульгатором служит яичный желток. Эмульсионная краска — это эмульсия, где в воде находятся капельки масла и красящего вещества. Мука, сахар, масло состоят из соединений углерода, водорода и кислорода. Яйца содержат углерод, азот, фосфор, водород, кислород и серу. Сок лимона – это смесь лимонной кислоты и воды.

Разделение смесей

Химики знают много способов разделение смесей на составные части. Выбор способа зависит от вида смеси. Простейший способ отделения твердых частиц, взвешенных в жидкости, — оста­вить взвесь в покое, что­бы частицы осели на дно. В мутной воде есть частицы песка, почвы, органических веществ, но они постепенно оседают на дно. Другой способ отделения твердых частиц от жидкости — фильтрация. Фильтр задерживает твердые частицы и пропускает молекулы жидкости. Этот метод ис­пользуется на водонапорных станциях для получения чистой питьевой воды. Жидкость, прошедшая через фильтр, — фильтрат; твердые частицы, задержанные фильтром, — осадок.

Для определения состава смеси используется хроматография. Смесь растворяет­ся в растворителе, и часть ее помещается на бумажный фильтр, который задерживает разные вещества в разной степени. На фильтре образуются цветные полосы — хроматограмма. Исследователь определяет состав смеси, сравнивая ее хроматограмму с хроматограммами известных веществ. Хрома­тография помогает установить, какие красители добавлены в продукт.

Выпаривание — это способ выделения твердого вещества из жидкого раствора. Раствор разогревают, он закипает, жид­кость испаряется и на дне остается твёрдое вещество. Лимонный сок — водный раствор лимонной кислоты. Если сок кипятить, вода испарится и на дне кастрюли останутся кристаллы лимонной кислоты. Дистилляция — метод получения чистой жидкости, в частности воды, из ра­створов. Этот процесс аналогичен выпариванию, но испарившуюся жидкость после охлаждения собирают.  Для отделения твердых частиц от жидкости применяется также центрифугирование. В специальной машине — центрифу­ге — сосуд с жидкостью очень быстро вращается. Центробежная сила отбрасывает твердые частицы к стенкам сосуда, после чего жидкость сливают или фильтруют. Пример центрифуги — сушильный барабан. В медицине центрифугу используют для отделения красных кровяных телец от крови, которая представляет собой взвесь кровяных пластинок и красных и белых телец в особой жидкости — плазме.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.