Смесь

Вещество, образующееся при физическом соединении двух или более компонентов.

В химии смесью называют материал , состоящий из двух или более различных химических веществ, не связанных химически. ^[1] Смесь – это физическое сочетание двух или более веществ, в которых сохраняются идентичности и которые смешиваются в форме растворов , суспензий и коллоидов . ^{[2] [3]}

Смеси — это продукт механического смешивания или смешивания химических веществ, таких как элементы и соединения , без химической связи или других химических изменений, так что каждое ингредиентное вещество сохраняет свои собственные химические свойства и состав. ^[4] Несмотря на то, что в ее составных частях не происходит никаких 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). ^{[5] [6] [7]}

Характеристики смесей

Все смеси можно охарактеризовать как разделяемые механическими средствами (например, очистка, перегонка , электролиз , хроматография , нагревание , фильтрация , гравитационная сортировка, центрифугирование ). ^{[8] [9]} 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. ^[10]

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

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 основаны на идее о том, 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). Примером раствора также является воздух : 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 твердожидкий 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 . ^[12]

Гомогенные смеси

Решения

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 . ^[13] Будучи гомогенной смесью, раствор имеет одну фазу (твердую, жидкую или газообразную), хотя фазы растворенного вещества и растворителя изначально могли 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: его можно более конкретно 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 ловушки в небольших 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. Такую смесь тогда называют бинепрерывной . ^[14]

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 образец ее взят для исследования, смесь является гомогенной.

Теория выборки Гая количественно определяет неоднородность частицы как: ^[15]

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

где , , , , и соответственно: неоднородность -й частицы популяции, массовая концентрация интересующего свойства в -й частице популяции, массовая концентрация интересующего свойства в популяции, масса -я частица в популяции и средняя масса частицы в популяции. ${\displaystyle h_{i}}$ ${\displaystyle c_{i}}$ ${\displaystyle c_{\text{batch}}}$ ${\displaystyle m_{i}}$ ${\displaystyle m_{\text{aver}}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle i}$

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:

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

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 i-й частицы 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 приближение, основанное на линеаризации массовой концентрации в образце.

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: 

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

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

Влияние на здоровье

Исследования загрязнения воздуха ^{[16] [17]} показывают, что биологические последствия и последствия для здоровья после воздействия смесей более мощные, чем эффекты от воздействия отдельных компонентов. ^[18]

Гомогенизация

Свойства смеси

• Химическая субстанция
• Смешивание (технология процесса)

Рекомендации

1. ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Интернет-исправленная версия: (2006–) «смесь». дои :10.1351/goldbook.M03949
2. Уиттен К.В., Гейли К.Д. и Дэвис Р.Э. (1992). Общая химия (4-е изд.). Филадельфия: Издательство Saunders College. ISBN 978-0-03-072373-5.^{[ нужна страница ]}
3. Петруччи, Ральф Х.; Харвуд, Уильям С.; Херринг, Ф. География (2002). Общая химия: принципы и современные приложения (8-е изд.). Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN  2001032331. OCLC  46872308.^{[ нужна страница ]}
4. Де Паула, Хулио; Аткинс, PW (2002). Физическая химия Аткинса (7-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-879285-7.^{[ нужна страница ]}
5. Альбертс Б.; и другие. (2002). Молекулярная биология клетки, 4-е изд . Гирляндная наука. ISBN 978-0-8153-4072-0.^{[ нужна страница ]}
6. Лейдлер К.Дж. (1978). Физическая химия с биологическими приложениями . Менло-Парк: Бенджамин/Каммингс. ISBN 978-0-8053-5680-9.^{[ нужна страница ]}
7. West RC, Эд. (1990). CRC Справочник по химии и физике . Бока-Ратон: Издательство Chemical Rubber. ISBN 978-0-8493-0470-5.^{[ нужна страница ]}
8. Плезантс, Джулиан М, изд. (2017). «Призыв к долгу: Закон о выборочной службе 1940 года». Фасад . doi : 10.5744/Флорида/9780813054254.003.0003. ISBN 978-0-8130-5425-4.
9. Эшворт, Уильям; Литтл, Чарльз Э., ред. (2001). "Смесь". Энциклопедия экологических исследований . Факты в файле.
10. «Определение смеси - Химический словарь» . www.chemicool.com . Проверено 30 ноября 2018 г.
11. Эверетт, DH (23 июля 1971 г.). Руководство по символам и терминологии физико-химических величин и единиц. Приложение II Определения, терминология и символы в коллоидной и поверхностной химии. Часть I (PDF) (Отчет). Лондон: Международный союз теоретической и прикладной химии: Отдел физической химии. Архивировано (PDF) из оригинала 28 октября 2016 г. Проверено 28 октября 2016 г.
12. Лью, Кристи (2009). «Однородный». Кислоты и основания, необходимая химия. Нью-Йорк: Издательство Chelsea House . Интернет-издатель: Science Online. Факты о File, Inc. ISBN 978-0-7910-9783-0.дата доступа: 01.01.2010 г.
13. Эшворт, Уильям; Литтл, Чарльз Э. (2001). «Раствор (химия)». Энциклопедия исследований, новое издание . Интернет-издатель: Science Online. Факты о File, Inc.
14. Сахими, Мухаммед (26 мая 2006 г.). Гетерогенные материалы I: линейный транспорт и оптические свойства . Спрингер. п. 31. ISBN 978-0-387-21705-5.
15. Гай, П (1979). Отбор проб твердых частиц: теория и практика . Амстердам: Эльзевир.
16. Агентство по охране окружающей среды США, ORD. «Воздействие и воздействие на здоровье смесей загрязнителей воздуха». 19 января 2017 г., snapshot.epa.gov . Проверено 10 ноября 2022 г.
17. Институт, Влияние на здоровье (9 марта 2016 г.). «Смеси мультизагрязнителей». Институт воздействия на здоровье . Проверено 10 ноября 2022 г.
18. Маджумдер, Наиррита; Кодали, Вамси; Велаютам, Муругесан; Голдсмит, Трэвис; Амедро, Джессика; Храмцов Валерий Владимирович; Эрдели, Аарон; Нуркевич, Тимоти Р.; Харкема, Джек Р.; Келли, Эрик Э; Хусейн, Салик (27 октября 2022 г.). «Аэрозольные физико-химические детерминанты легочной токсичности, вызванной сажей и озоном при совместном вдыхании». Токсикологические науки . 191 (1): 61–78. doi : 10.1093/toxsci/kfac113. ISSN  1096-6080. ПМЦ 9887725 . ПМИД  36303316. 

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