2.1: Чисті речовини та суміші

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18131

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У главі 1 ми дізналися, що атоми складаються з електронів, протонів та нейтронів і що кількість протонів в ядрі атома (атомний номер) визначає ідентичність цього елемента. Наприклад, атом з шістьма протонами в ядрі - це атом вуглецю; сім протонів утворюють азот; вісім протонів роблять його киснем тощо. Періодична таблиця організовує ці елементи за атомним номером, і в даний час існує понад 118 відомих елементів.

Оскільки в навколишньому світі явно існує понад 118 різних типів речовин, ми можемо бачити, що більшість речовин, з якими ми стикаємося, не є чистими елементами, а складаються з різних елементів, об'єднаних разом. У хімії ми називаємо їх сполуками, які ми визначаємо як речовину, яка виникає внаслідок поєднання двох або більше елементів у постійному співвідношенні. Наприклад, вода являє собою з'єднання, що складається з двох атомів водню, пов'язаних з одним атомом кисню. Ми можемо показати співвідношення водню до кисню в цій сполуці, використовуючи індекси на хімічних символах для кожного елемента. Таким чином, воду (два водню і один кисень) можна записати як H ₂ O. Це скорочене позначення для води називається хімічною формулою. Для будь-якого з'єднання хімічна формула говорить нам про присутні елементи і співвідношення елементів один до одного. Пізніше ми побачимо, що вода є членом особливого підтипу з'єднання, званого молекулярним з'єднанням. У молекулі атоми не тільки пов'язані між собою в постійному співвідношенні, але вони також пов'язані в певному геометричному розташуванні. У наступному розділі ми більш детально розглянемо, як елементи скріплюються між собою в сполуках, але спочатку розглянемо деякі властивості хімічних речовин.

Коли ми говоримо про чисту речовину, ми говоримо про те, що містить лише один вид матерії. Це може бути як один елемент, так і одне єдине з'єднання, але кожен зразок цієї речовини, який ви досліджуєте, повинен містити точно таке ж саме з фіксованим, певним набором властивостей. Якщо ми візьмемо дві або більше чистих речовин і змішуємо їх разом, ми називаємо це сумішшю. Суміші завжди можна знову розділити на складові чисті речовини, тому що зв'язок між атомами складових речовин в суміші не відбувається. У той час як з'єднання може мати дуже різні властивості від елементів, що його складають, в сумішах речовини зберігають свої індивідуальні властивості. Наприклад, натрій - м'який блискучий метал, а хлор - різкий зелений газ. Ці два елементи можуть поєднуватися, утворюючи сполуку, хлорид натрію (кухонна сіль), яка є білою кристалічною твердою речовиною, що не має жодних властивостей ні натрію, ні хлору. Якщо ж ви змішали кухонну сіль з меленим перцем, ви все одно зможете побачити окремі зерна кожного з них, і, якщо ви були терплячими, ви могли б взяти пінцет і обережно розділити їх назад на чисту сіль і чистий перець.

Суміші діляться на два види, виходячи з однорідності їх складу. Перша, звана неоднорідною сумішшю, відрізняється тим, що різні зразки суміші можуть мати різний склад. Наприклад, якщо відкрити ємність зі змішаними горіхами і витягнути ряд невеликих зразків і вивчити їх, точне співвідношення арахісу до мигдалю в зразках завжди буде трохи іншим, як би ретельно ви їх не змішували. Поширені приклади різнорідних сумішей включають бруд, гравій і овочевий суп.

У однорідній суміші, з іншого боку, будь-який зразок, який ви досліджуєте, матиме точно такий же склад, як і будь-який інший зразок. У хімії найпоширенішим типом однорідної суміші є розчин, який є однією речовиною, повністю розчиненою в іншій. Подумайте про розчин чистого цукру, розчиненого в чистій воді. Будь-яка проба розчину, який ви досліджуєте, буде мати точно таке ж співвідношення цукру до води, а значить, це однорідна суміш. Навіть в однорідній суміші властивості компонентів взагалі впізнавані. Таким чином, цукор-вода на смак солодкий (як цукор) і є вологою (як вода). На відміну від з'єднання, що має фіксоване, певне співвідношення, в суміші можна варіювати кількості кожного компонента. Наприклад, коли ви додасте трохи цукру в одну чашку чаю і багато цукру в іншу, кожна чашка буде містити однорідну суміш чаю та цукру, але вони матимуть інший смак. Якщо додати стільки цукру, що частина не розчиняється і залишається на дні, однак суміш вже не однорідна, вона неоднорідна; ви можете легко розділити два компоненти.