Смесь

Чтобы узнать о других значениях, см. Смесь (значения) .

В химии смесью состоящий называют материал, из двух или более различных химических веществ, которые можно разделить физическим методом. Смесь — это физическое сочетание двух или более веществ, в которых сохраняются идентичности и которые смешиваются в виде растворов , суспензий и коллоидов .

Смеси — это продукт механического смешивания или смешивания химических веществ, таких как элементы и соединения , без химических связей или других химических изменений, так что каждое ингредиентное вещество сохраняет свои собственные химические свойства и состав. Несмотря на то, что в ее составных частях не происходит химических изменений, физические свойства смеси, такие как температура плавления , могут отличаться от свойств компонентов. Некоторые смеси можно разделить на компоненты физическими (механическими или термическими) способами. Азеотропы представляют собой один из видов смесей, который обычно создает значительные трудности в отношении процессов разделения, необходимых для получения их компонентов (физических или химических процессов или даже их смеси).

Характеристики смесей

Все смеси можно охарактеризовать как разделяемые механическими средствами (например , очистка , дистилляция , электролиз , хроматография , нагревание , фильтрация , гравитационная сортировка, центрифугирование ). Смеси отличаются от химических соединений по следующим признакам:

• вещества в смеси можно разделить с помощью физических методов, таких как фильтрация, замораживание и дистилляция.
• при образовании смеси изменение энергии незначительно или отсутствует (см. Энтальпия смешения ).
• Вещества в смеси сохраняют отдельные свойства.

В примере с песком и водой ни одно из двух веществ никак не изменилось при их смешивании. Несмотря на то, что песок находится в воде, он по-прежнему сохраняет те же свойства, которые имел, когда находился вне воды.

• смеси имеют переменный состав, а соединения имеют фиксированную, определенную формулу.
• при смешивании отдельные вещества сохраняют свои свойства в смеси, а если они образуют соединение, то их свойства могут измениться.

В следующей таблице показаны основные свойства и примеры всех возможных комбинаций фаз трех «семейств» смесей:

Таблица смесей

Дисперсионная среда (фаза смеси)	Растворенная или дисперсная фаза	Решение	Коллоид	Суспензия (грубая дисперсия)
Газ	Газ	Газовая смесь: воздух ( кислород и другие газы в азоте )	Никто	Никто
	Жидкость	Никто	Жидкий аэрозоль : туман , дымка , пар , лаки для волос	Спрей
	Твердый	Никто	Твердый аэрозоль: дым , ледяное облако воздуха , частицы	Пыль
Жидкость	Газ	Решение : кислород в воде	Жидкая пена : взбитые сливки , крем для бритья	Морская пена , пивная голова
	Жидкость	Решение: алкогольные напитки	Эмульсия : молоко , майонез , крем для рук	Винегрет
	Твердый	Решение: сахар в воде	раствор Жидкий : пигментные чернила , кровь	Приостановка : грязь ( частицы почвы , взвешенные в воде), меловой порошок, взвешенный в воде
Твердый	Газ	Решение: водород в металлах	Твердая пена: аэрогель , пенопласт , пемза	Мыло: сухая губка
	Жидкость	Решение: амальгама ( ртуть в золоте ), гексан в парафине	Гель : агар , желатин , силикагель , опал	Мокрая губка
	Твердый	Решение: сплавы , пластификаторы в пластмассах	Твердый золь: клюквенный стакан	Глина , ил , песок , гравий , гранит.

Гомогенные и гетерогенные смеси

Диаграмма, представляющая на микроскопическом уровне различия между гомогенными смесями, гетерогенными смесями, соединениями и элементами.

Смеси могут быть как гомогенными, так и гетерогенными : смесь однородного состава, в которой все компоненты находятся в одной фазе, например соль в воде, называется гомогенной, тогда как смесь неоднородного состава, компоненты которой можно легко разделить. идентифицированный, как песок в воде, его называют гетерогенным.

Кроме того, « однородная смесь» — это еще один термин для обозначения гомогенной смеси , а « неоднородная смесь» — еще один термин для обозначения гетерогенной смеси . Эти термины вытекают из идеи, что гомогенная смесь имеет однородный вид или только одну видимую фазу , поскольку частицы распределены равномерно. Однако гетерогенная смесь имеет неоднородный состав, а входящие в нее вещества легко отличимы друг от друга (часто, но не всегда, в разных фазах).

Некоторые твердые вещества, такие как соль и сахар , растворяются в воде с образованием особого типа гомогенной смеси, называемой раствором , в которой присутствуют как растворенное вещество (растворенное вещество), так и растворитель (растворяющая среда). воздух Примером раствора также является : гомогенная смесь газообразного азота-растворителя, в которой растворены кислород и меньшие количества других газообразных растворенных веществ. Смеси не ограничены ни по количеству веществ, ни по количествам этих веществ, хотя в гомогенной смеси соотношение растворенного вещества к растворителю может достигать лишь определенной точки, прежде чем смесь разделится и станет гетерогенной.

Гомогенная смесь характеризуется равномерным распределением входящих в нее веществ по всему объему; вещества существуют в равных пропорциях повсюду в смеси. Иными словами, гомогенная смесь будет одинаковой независимо от того, из какой части смеси она взята. Например, если твердо-жидкий раствор разделить на две половины одинакового объема , половины будут содержать равные количества как жидкой среды, так и растворенного твердого вещества (растворителя и растворенного вещества).

В физической химии и материаловедении термин «гомогенный» более узко описывает вещества и смеси, находящиеся в одной фазе .

Гомогенные смеси

Решения

Основная статья: Раствор (химия)

Раствор — это особый тип гомогенной смеси, в которой соотношение растворенного вещества и растворителя остается одинаковым во всем растворе, а частицы не видны невооруженным глазом, даже если они гомогенизированы несколькими источниками. В растворах растворенные вещества не оседают по прошествии какого-либо периода времени, и их нельзя удалить физическими методами, такими как фильтр или центрифуга . Как гомогенная смесь, раствор имеет одну фазу (твердую, жидкую или газообразную), хотя фазы растворенного вещества и растворителя изначально могут быть разными (например, соленая вода).

Газы

Газы обладают наибольшим пространством (и, следовательно, самыми слабыми межмолекулярными силами) между атомами или молекулами; поскольку межмолекулярные взаимодействия незначительны по сравнению с взаимодействиями в жидкостях и твердых телах, разбавленные газы очень легко образуют растворы друг с другом. Воздух является одним из таких примеров: более конкретно его можно описать как газообразный раствор кислорода и других газов, растворенных в азоте (его основном компоненте).

Гетерогенные смеси

Примерами гетерогенных смесей являются эмульсии и пены . В большинстве случаев смесь состоит из двух основных компонентов. Для эмульсии это несмешивающиеся жидкости, такие как вода и масло. Для пены это твердое тело и жидкость или жидкость и газ. В более крупных масштабах оба компонента присутствуют в любой области смеси, а в хорошо перемешанной смеси - в одинаковых или лишь слегка различающихся концентрациях. Однако в микроскопическом масштабе один из компонентов отсутствует практически в любой достаточно маленькой области. (Если такое отсутствие является обычным явлением в макроскопических масштабах, комбинация компонентов представляет собой дисперсную среду , а не смесь.) Различные характеристики гетерогенных смесей можно отличить по наличию или отсутствию непрерывной просачивания их компонентов. Что касается пены, различают сетчатую пену , в которой один компонент образует связанную сеть, через которую может свободно просачиваться другой, или пену с закрытыми порами, в которой один компонент присутствует в виде захваченного в маленьких ячейках, стенки которых образованы пенопластом. другие составляющие. Аналогичное различие возможно и для эмульсий. Во многих эмульсиях один компонент присутствует в виде изолированных областей обычно глобулярной формы, рассеянных по другому компоненту. Однако также возможно, что каждый компонент образует большую взаимосвязанную сеть. Такая смесь называется тогда двоякий непрерывный .

Различие между типами смесей

Различие между гомогенными и гетерогенными смесями зависит от масштаба выборки. В достаточно грубом масштабе любую смесь можно назвать однородной, если считать ее «образцом» все изделие. В достаточно мелком масштабе любую смесь можно назвать гетерогенной, поскольку размер образца может составлять всего одну молекулу. С практической точки зрения, если интересующее свойство смеси одинаково, независимо от того, какой ее образец взят для исследования, смесь является гомогенной.

Теория выборки Гая количественно определяет неоднородность частицы как:

$h_{i}={\frac {(c_{i}-c_{\text{batch}})m_{i}}{c_{\text{batch}}m_{\text{aver}}}},$

где $h_{i}$, $c_{i}$, $c_{\text{batch}}$, $m_{i}$, и $m_{\text{aver}}$ соответственно: неоднородность $i$частица населения, массовая концентрация интересующей собственности в $i$частица населения, массовая концентрация интересующего имущества среди населения, масса $i$частица в популяции и средняя масса частицы в популяции.

При отборе проб гетерогенных смесей частиц дисперсия ошибки выборки , как правило, не равна нулю.

Пьер Ги вывел на основе модели выборки Пуассона следующую формулу для дисперсии ошибки выборки массовой концентрации в пробе:

$V={\frac {1}{(\sum _{i=1}^{N}q_{i}m_{i})^{2}}}\sum _{i=1}^{N}q_{i}(1-q_{i})m_{i}^{2}\left(a_{i}-{\frac {\sum _{j=1}^{N}q_{j}a_{j}m_{j}}{\sum _{j=1}^{N}q_{j}m_{j}}}\right)^{2},$

где V — дисперсия ошибки выборки, N — количество частиц в популяции (до взятия выборки), q   _i — вероятность включения i -й частицы популяции в выборку (т. е. первой вероятность включения й частицы i- в порядок ), m   _i - масса i -й частицы популяции, а a   _i - массовая концентрация интересующего свойства в i -й частице популяции.

Приведенное выше уравнение для дисперсии ошибки выборки представляет собой аппроксимацию, основанную на линеаризации массовой концентрации в пробе.

В теории Гр правильная выборка определяется как сценарий выборки, при котором все частицы имеют одинаковую вероятность попадания в выборку. Это означает, что q   _i больше не зависит от i и поэтому может быть заменен символом q . Уравнение Гая для дисперсии ошибки выборки принимает вид:

$V={\frac {1-q}{qM_{\text{batch}}^{2}}}\sum _{i=1}^{N}m_{i}^{2}\left(a_{i}-a_{\text{batch}}\right)^{2},$

где партия _партия — это концентрация интересующего свойства в популяции, из которой должна быть взята выборка, а — _M это масса популяции, из которой должна быть взята выборка.

Влияние на здоровье

загрязнения воздуха Исследования показывают, что биологические последствия и последствия для здоровья после воздействия смесей являются более сильными, чем эффекты от воздействия отдельных компонентов.

Гомогенизация

Основные статьи: Гомогенизация (химия) и смешивание (технология процесса)

Свойства смеси

• Химическое вещество
• Смешивание (технология процесса)

Ссылки

• ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « смесь ». дои : 10.1351/goldbook.M03949