Związek a mieszanina. Sposoby rozdzielania mieszanin. Substancje

Związek a mieszanina. Sposoby rozdzielania mieszanin.
Substancje, jako jedna z form istnienia materii
1. Cechy charakterystyczne substancji
- Masa to cecha opisująca ilość substancji.
- objętość - atomy posiadają określoną objętość, materia tworzona przez atomy ma
objętość zależną od wzajemnego ich ułożenia. Ciała stałe, czyli układy o dużym
stopniu uporządkowania mają niewielką ściśliwość. W gazach drobinki materii są
znacznie od siebie oddalone, więc pod wpływem zmian ciśnienia zewnętrznego może
nastąpić duża zmiana objętości.
- przepuszczalność promieniowania – to cecha informująca, jakie promieniowanie
jest przepuszczane przez daną substancję i w jakim stopniu. Na przykład ciała
przeźroczyste są przepuszczalne dla światła białego.
- niezniszczalność w przemianach chemicznych oznacza, że substancje mogą ulegać
bardzo różnym przemianom, ale łączna ilość substancji określona przez ich masę nie
ulega zmianie.
2. Prawo zachowania masy:
Pierwszy odkrył to prawo Michaił Łomonosow ale Antoinne Lavoisier potwierdził je
eksperymentalnie badając reakcje spalania i po raz pierwszy sformułował w
podręczniku chemii w 1789 roku.
Podczas reakcji chemicznych zachodzących w układach zamkniętych łączna masa
substancji użytych do reakcji jest równa łącznej masie substancji otrzymanych w
wyniku reakcji.
Prawo zachowania materii
Podczas przemian zachodzących w układach izolowanych suma mas i energii jest stała.
Podziały i klasyfikacja materiałów
Materia, którą spotykamy w naszym życiu są substancjami lub mieszaninami
Materiały to:
gazy np. powietrze
ciecze: woda, olej, rtęć
ciała stałe: skały, gleba, metale, tkaniny, tworzywa sztuczne.
Ze względu na pochodzenie materiały można sklasyfikować jako:
a) Naturalne – występujące w przyrodzie, wydzielone, oczyszczone i użytkowane przez
ludzi bez zmiany ich składu chemicznego np. cukier, włókna jedwabne, bawełniane,
wełniane, gaz ziemny, kamienie szlachetne, naturalna penicylina, różne gatunki węgli.
b) Przetworzone – występujące w przyrodzie i stamtąd wydzielone, lecz następnie
zmienione pod względem składu chemicznego np. chlorocukry stosowane jako namiastka
cukru dla diabetyków, włókna wiskozowe, benzyna, pochodna penicyliny, paliwa
ekologiczne otrzymywane z olejów roślinnych.
c) Syntetyczne – produkowane sztucznie odpowiedniki substancji naturalnych np. sztuczne
diamenty, syntetyczna benzyna otrzymana w przeróbce węgla kamiennego.
1
Związek a mieszanina. Sposoby rozdzielania mieszanin.
d) Sztuczne – niewystępujące w przyrodzie (przynajmniej dotychczas nieodkryte) np.
tworzywa sztuczne PCV, teflon, sztuczne antybiotyki.
Jednorodność i niejednorodność chemiczna materii
Materię można podzielić na dwie grupy: mieszaniny i substancje chemiczne
Substancja chemiczna zawiera tylko jeden rodzaj atomów lub cząsteczek chemicznych, ma
ściśle określony skład i własności chemiczne oraz fizyczne. Substancje dzielą się na
pierwiastki i związki chemiczne.
Mieszanina to rodzaj materii zawierająca co najmniej 2 substancje wymieszane ze sobą w
dowolnym stosunku. Typową mieszaniną jest powietrze – skład powietrza – pierwiastki i
związki chemiczne oraz wodne roztwory i stopy metali.
Mieszaniny jednorodne nazywamy homogenicznymi
Mieszaniny heterogeniczne – składniki mieszanin są słabo rozdrobnione, zawierają duże
zespoły cząstek.
Pomiędzy mieszaniną homogeniczną a heterogeniczną wyróżniamy mieszaninę koloidalną.
Zespoły cząstek, które je tworzą, mają średnią wielkość.
Rozdzielanie mieszanin
Do rozdzielania mieszanin stosuje się bardzo wiele metod, których dobór jest zależny od
następujących czynników:
a) Właściwości fizycznych i chemicznych składników – im właściwości są bardziej
zróżnicowane, tym rozdzielenie jest łatwiejsze.
b) Zawartości istotnego dla nas składnika – im jest go więcej, tym rozdzielenie jest
łatwiejsze.
c) Skali, w jakiej wykonywany jest rozdział – najłatwiejsza jest średnia skala.
d) Cen surowca i produktu – im większa różnica między nimi, tym bardziej złożone
metody można zastosować.
e) Wymaganego stopnia oczyszczenia substancji wydzielanej.
f) Względów ekologicznych (toksyczność substratów, produktów i odczynników oraz
problemy energetyczne)
g) Stopnia skomplikowania mieszaniny – im więcej składników mieszaniny tym
trudniejszy proces.
Metody rozdzielania mieszanin:
Podstawowe znaczenie przy wyborze metody mają następujące własności fizyczne:
a) Stan skupienia składników mieszaniny określany przez temperaturę topnienia i
wrzenia.
b) Gęstość albo różnica gęstości składników
c) Rozpuszczalność w różnych rozpuszczalnikach lub roztworach
d) Właściwości elektrostatyczne lub magnetyczne.
Przykłady metod:
Mieszaniną jest roztwór wodny a substancja w nim zawarta jest nielotna to rozdzielamy ją
przez odparowanie rozpuszczalnika. Np. otrzymywanie soli kuchennej z wody morskiej
(Francja, Hiszpania, Włochy, Chiny, Indie i Japonia).
2
Związek a mieszanina. Sposoby rozdzielania mieszanin.
Destylacja – rozdzielenie mieszanin ciekłych których składniki różnią się temperaturami
wrzenia. Można też destylować rozpuszczalnik z roztworu substancji nielotnej.
Odmianą destylacji jest rektyfikacja polegająca na wielokrotnej destylacji składników
mieszaniny.
Wymiana jonowa stosowana bywa do odsalania wody. Polega na przepuszczaniu wody
zanieczyszczonej różnymi solami przez kolumny zawierające granulki stałych substancji,
które w reakcji z solami pochłaniają je, wymieniając kationy metali na kationy wodorowe a
aniony reszt kwasowych na aniony wodorotlenowe.
Rozdzielanie mieszanin niejednorodnych składających się z cieczy i ciała stałego stosuje
się sączenie, sedymentację, ekstrakcję
Ekstrakcja polega na wykorzystaniu różnic rozpuszczalności składników mieszaniny w
użytym rozpuszczalniku. Do mieszaniny dodajemy rozpuszczalnik, w którym jeden składnik
rozpuszcza się dobrze a drugi źle. Po dokładnym wymieszaniu oddziela się składnik gorzej
rozpuszczalny. Przykład – usuwanie tłustej plamy z ubrania za pomocą rozpuszczalnika.
Adsorpcja – wykorzystanie zdolności podłoża do przyczepiania na swojej powierzchni
składników mieszaniny.
Rozdzielenie grawitacyjne – polega na wykorzystaniu różnic gęstości – ciecz lżejsza tworzy
górną warstwę a ciecz cięższa dolną warstwę.
Chromatografia – wykorzystuje różnicę szybkości przemieszczania się różnych składników
mieszaniny.
Substancje proste, czyli pierwiastki chemiczne.
Pierwiastki to rodzaj substancji zbudowanej z jednakowych atomów. Mogą występować w
postaci pojedynczych atomów jak np. gazy szlachetne, cząsteczek homoatomowych np. tlen,
azot, wodór chlor lub w postaci sieci krystalicznych jak diament. Atomy tego samego
pierwiastka mogą się nieznacznie od siebie różnić masą, czyli występować w postaci różnych
izotopów.
Analityczne określenie pierwiastka: substancja niedająca się już rozłożyć na substancje
prostsze.
Podział pierwiastków:
Ze względu na własności fizyczne dzielimy je na metale i niemetale.
Metale – bardzo dobrze przewodzą prąd elektryczny i ciepło, mają metaliczny połysk, bardzo
słabo przepuszczają światło, są kowalne, ciągliwe, plastyczne – zmieniają kształt pod
wpływem zewnętrznych sił fizycznych.
Niemetale – są izolatorami elektryczności, przewodnictwo cieplne jest mniejsze, nie mają
metalicznego połysku, zabarwienie niemetali cechuje spore zróżnicowanie
Siarka – żółte
Chlor – zielonkawy
Tlen – bezbarwny
Jod – ciemnofioletowe kryształy
Węgiel – bezbarwne kryształy, szaro stalowy – grafit, czarna sadza
3
Związek a mieszanina. Sposoby rozdzielania mieszanin.
Są kruche, niektóre są zupełnie przeźroczyste dla światła
Ostatni podział pierwiastków chemicznych dotyczy ich trwałości, czyli zdolności do istnienia
w warunkach standardowych (temp. 25 stopni Celsjusza, ciśnienia 1013 hPa) lub normalnych
(0 stopni Celsjusza, cieśn., 1013 hPa). Pod tym względem wszystkie poznane pierwiastki
dzielimy na 2 grupy:
1. Pierwiastki trwałe – które mają co najmniej 1 trwały izotop. Są to pierwiastki o
liczbach porządkowych (liczbach atomowych) w okresowym układzie pierwiastków
chemicznych od 1 (wodór) do 83 (bizmut)ale bez technetu i prometu. Wszystkich
trwałych pierwiastków jest 81.
2. Pierwiastki nietrwałe – są promieniotwórcze, np. uran i tor ale rozpadają się bardzo
wolno. Inne pierwiastki nietrwałe rozpadają się szybko lub nawet bardzo szybko i
występują w Ziemi w minimalnych ilościach jako produkty rozpadu uranu i toru – są
to m.in. polon i rad – albo są otrzymywane sztucznie przez człowieka, na przykład
pierwiastki umieszczone za uranem w układzie okresowym – ameryk i kaliforn.
Podziały związków chemicznych:
Najczęściej spotyka się podział na związki organiczne i nieorganiczne. Podział ten
wywodzący się końca XVIII wieku, był oparty na hipotezie, że związki pochodzenia
organicznego zawierają „Siłę życiową”, której pozbawione są związki nieorganiczne.
Koncepcja ta upadła w 1828 r., kiedy to niemiecki chemik Wohler zsyntetyzował pierwszy
związek organiczny, mocznik, z substancji wyłącznie pochodzenia mineralnego.
Kolejny podział opiera się na ilości zawartych w nich pierwiastków. Wyróżniamy następujące
zawiązki chemiczne:
a) Dwuskładnikowe
b) Trójskładnikowe
c) Czteroskładnikowe
d) Pięcioskładnikowe
e) Sześcio- i więcej składnikowe
Większość związków nieorganicznych należy do związków od dwu do czteroskładnikowych.
4