Вследствие его низкой плотности и сжимаемости. 

    Нормальная скорость распространения пламени - это линейная скорость перемещения зоны горения по отнощению к свежей гомогенной горючей смеси в направлении нормали к фронту пламени. Горение с четко обозначенным фронтом пламени характерно для условий, когда горючая смесь неподвижна или перемещается ламинарно. Скорость распространения пламени в таких условиях для заданного состава горючей смеси может рассматриваться как физико-химическая характеристика , которая зависит лишь от давления и температуры. 

Вследствие большого разнообразия видов горючего и окислителя конкретные характеристики и области использования Г. весьма различны. Наиболее важным фактором, определяющим основные свойства Г., является агрегатное состояние горючего и окислителя. По агрегатному состоянию горючего и окислителя различают 1) гомогенное - Г. газов и парообразных горючих в среде газообразного окислителя (б. ч. кислорода воздуха) 2) гетерогенное - Г. жидких и твердых горючих в среде газообразного окислителя, а также Г. в системе жидкая горючая смесь - жидкий окислитель (напр., кислоты) 3) Г. взрывчатых веществ и порохов, представляющих ПО существу конденсированную гомогенную систему. 

До сих пор мы рассматривали распространение пламени по гомогенной горючей смеси. Другой тип пламени наблюдается, когда сгорание происходит на поверхности соприкосновения двух газов, способных образовать горючую смесь . Такие пламена знакомы из повседневного опыта достаточно назвать пламя спички или свечи, угля, дерева, газового рожка, применяемого для освещения. Поскольку эти пламена образуются в процессе взаимной диффузии двух газов, их называют диф-фузионны.ми пламенами. Явления диффузии играют, конечно, роль во всех процессах сгорания однако, в чем разница между обычным и диффузионным пламенем, не трудно понять. По существу нельзя указать резкой границы между этими двумя типами пламени , поскольку должен существовать непрерывный переход от одного к другому, как это можно наблюдать , если постепенно уменьшать подачу первичного воздуха в бунзеновской горелке . Другим примером переходных явлений между обычным и диффузионным пламенем могут служить упоминавшиеся выше пламена в очень разбавленных смесях водорода с воздухом и шарики пламени, образующиеся в смесях, лежащих ниже предела распространения (гл. VII). Термин диффузионное пламя , тем не менее, представляется полезным. 

Воспламенение свойственно любым горючим системам - гомогенным, гетерогенным и более сложным системам . Различают, однако, два способа (вида) воспламенения самовоспламенение и т. наз. вынужденное воспламенение - зажигание. При самовоспламенении описанные выше условия самоускорения реакции создаются во всем объеме данной воспламеняемой смеси. Напр., при тепловом самовоспламенении газообразная смесь нагревается или от горячей стенки сосуда (бомбы), или путем быстрого сжатия смеси, или при быстром перемешивании ранее нагретых компонентов смеси . При этом фиксируется соответствующее значение начальной темп -ры, при к-рой происходит воспламенение, и эта темп-ра называется темп-рой самовоспламенения. 

ПО подобной смеси. Однако жидкие капли размером 5 мкм слишком малы, что сильно затрудняет их микрофотографирование . Поэтому специально для исследования структуры пламени был сконструирован новый вариант расширительной установки . Схема установки показана на рис. 9.10. Ее основными элементами являются камера сгорания объемом 1000 см и вспомогательный отсек, отделенные друг от друга свободно плавающим поршнем, имеющим стеклянное окно. Поршень приходит в движение при соединении вспомогательного отсека с емкостью, в которой создано пониженное давление . С помощью устройства , позволяющего регулировать ход поршня, степень расширения , как и в прежних опытах, задана равной 1,25. Гомогенная смесь паров горючего с воздухом, предназначаемая для расширения, приготовляется в испарительном резервуаре, имеющем водяную рубашку , соединенную с термостатом. Смесь циркулирует по контуру, включающему камеру сгорания . Для суждения о том, является ли смесь насыщенной , используется гигрометр. 

Реакторы, в которых горючее и замедлитель составляют однородную смесь , носят название гомогенных реакторов . Ниже описан один из таких реакторов , в котором критическая масса ядер-иого горючего-урана-235 составляет всего лишь 800 г. В активной зоне реактора находится раствор в тяжелой воде сульфата сильно обогащенного урана (на 6 ч. 1 ч. Раствор помещен в сферический контейнер , который окружен защитой, состоящей из свинца (10 см), кадмия (несколько миллиметров) и бетона (150 см). Реактор охлаждается водой , циркулирующей по трубам в форме змеевика, расположенного внутри контейнера. Управляющие стержни изготовлены из кадмия. реактора заключается в том, что цепная реакция поддерживается в нем на заданном уровне без помощи регулирующих стержней. Это связано с изменениями коэффициента размножения нейтронов даже при незначительных колебаниях концентрации ядерного горючего. При повышении температуры концентрация ядерного горючего уменьшается вследствие его теплового расширения , вызывая уменьшение коэффициента размножения и прекращение цепной реакции , до тех пор пока температура раствора урана не понизится до расчетного значения. 

Ряд исследователей считают, что гашение пламени обусловлено гомогенным ингибированием, заключающимся во взаимодействии с активными центрами газообразных частиц , образующихся при испарении и разложении порошков. Другая, наиболее многочисленная группа связывает гашение пламени с гетерогенной рекомбинацией радикалов и атомарных частиц на поверхности порошков и. наконец, третья группа полагает, что при гашении пламени происходит как гомогенное, так и гетерогенное ингибирование . Наиболее обстоятельно гомогенное ингибирование порошками рассмотрено в работе . Изучалось действие различных порошков на скорость распространения пламени метано-воздушной смеси. В опытах были использованы карбонаты, бикарбонаты и галогениды щелочных и щелочноземельных металлов с частицами размером менее Ю мкм. Установлено, что при использовании наиболее эффективных солей (карбонатов и бикарбонатов калия и натрия) скорость горения снижалась до минимального значения при их концентрации менее 1 мг/см. При добавлении в горючую смесь всего 0,86% СНзС эффективность действия порошков резко уменьшалась. 

Свой вывод о гетерогенном заронедении гомогенной реакции Ленер подтвердил таким опытом. Смесь этилена (80%) и кислорода (20%) пропускали через нагретый до 450° капилляр (с = 2 мм) в пирексовый сосуд (30 х2,5 см), заполненный узкими пирексовыми трубками таким образом , что общий объем свободного пространства в трубках равен 5.5 см. Время пребывания горючей смеси в нагретой зоне равнялось 70 сек. В таких условиях никакой реакции не было. Тогда попрежнему заполненный трубками реакционный сосуд соединили с колбой емкостью 1 л нри помощи трубки (2.6х1.б). Температура капилляра и сосуда с трубками, как и раньше, была 450°, а пустой колбы - 315°, Время контактирования 27 сек. В этих условиях реакция пошла быстро. Продуктами ее оказались 1.5% окиси этилена, 34% муравьиного альдегида и 6.9% муравьиной кислоты часть прореагировавшего этилена превратилась в воду и углекислых газ. 

Изложенное представление о механизме горения жидких капель, по-видимому, применимо лишь к каплям достаточно больших размеров . В случае капель размером меньше нескольких сотых долей миллиметра картина меняется, так как капли таких размеров могут успевать испариться до поступления в область горения . В этом случае горючий туман, представляющий собой смесь мелкодисперсных капель с воздухом, поступает в область горения в виде гомогенной смеси паров горючего и воздуха. Поэтому горение такого тумана по своим характеристикам должно приближаться к горению предварительно приготовленных газовых смесей, что подтверждается наблюдениями над горением мелкодисперсных аэрозолей. 

Каждое вещество содержит примеси. Чистым считают вещество, в котором примесей почти нет.

Смеси веществ бывают однородными и неоднородными. В однородной смеси компоненты невозможно обнаружить наблюдением, а в неоднородной смеси это возможно.

Некоторые физические свойства однородной смеси отличаются от свойств компонентов.

В неоднородной смеси свойства компонентов сохраняются.

Неоднородные смеси веществ разделяют отстаиванием, фильтрованием, иногда - действием магнита, а однородные - выпариванием и перегонкой (дистилляцией).

Чистые вещества и смеси

Мы живем среди химических веществ. Мы вдыхаем воздух, а это смесь газов (азота, кислорода и других), выдыхаем углекислый газ. Умываемся водой - это еще одно вещество, самое распространенное на Земле. Пьём молоко - смесь воды с мельчайшими капельками молочного жира, и не только: здесь еще есть молочный белок казеин, минеральные соли, витамины и даже сахар, но не тот, с которым пьют чай, а особый, молочный - лактоза. Едим яблоки, которые состоят из целого набора химических веществ - здесь и сахар, и яблочная кислота, и витамины... Когда прожеванные кусочки яблока попадают в желудок, на них начинают действовать пищеварительные соки человека, которые помогают усваивать все вкусные и полезные вещества не только яблока, но и любой другой пищи. Мы не только живем среди химических веществ, но и сами из них состоим. Каждый человек - его кожа, мышцы, кровь, зубы, кости, волосы построены из химических веществ, как дом из кирпичей. Азот, кислород, сахар, витамины - вещества природного, естественного происхождения. Стекло, резина, сталь – это тоже вещества, точнее, материалы (смеси веществ). И стекло, и резина - искусственного происхождения, в природе их не было. Совершенно чистые вещества в природе не встречаются или встречаются очень редко.

Каждое вещество всегда содержит определенное количество примесей. Вещество, в котором почти нет примесей, называют чистым. С такими веществами работают в научной лаборатории, школьном химическом кабинете. Заметим, что абсолютно чистых веществ не существует.

Индивидуальное чистое вещество обладает определённым набором характеристических свойств (постоянными физическими свойствами). Только чистая дистиллированная вода имеет tпл = 0 °С, tкип= 100 °С, не имеет вкуса. Морская вода замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, вкус у нее горько-соленый. Вода Черного моря замерзает при более низкой, а закипает при более высокой температуре, чем вода Балтийского моря. Почему? Дело в том, что в морской воде содержатся другие вещества, например растворенные соли, т.е. она представляет собой смесь различных веществ, состав которой меняется в широких пределах, свойства же смеси не являются постоянными. Определение понятия «смесь» было дано в XVII в. английским ученым Робертом Бойлем: «Смесь - целостная система, состоящая из разнородных компонентов».

Смесями являются почти все природные вещества, продукты питания (кроме соли, сахара, некоторых других), многие лекарственные и косметические средства, товары бытовой химии, строительные материалы.

Сравнительная характеристика смеси и чистого вещества

Каждое вещество, содержащееся в смеси, называют компонентом.

Классификация смесей

Существуют однородные и неоднородные смеси.

Однородные смеси (гомогенныe)

Добавим небольшую порцию сахара в стакан с водой и будем перемешивать, пока весь сахар не растворится. Жидкость будет иметь сладкий вкус. Таким образом, сахар не исчез, а остался в смеси. Ho его кристалликов мы не увидим, даже рассматривая каплю жидкости в мощный микроскоп. Приготовленная смесь сахара и воды является однородной в ней равномерно перемешаны мельчайшие частицы этих веществ.

Смеси, в которых компоненты невозможно обнаружить наблюдением, называют однородными.

Большинство металлических сплавов - также однородные смеси. Например, в сплаве золота с медью (его используют для изготовления ювелирных украшений) отсутствуют красные частицы меди и желтые частицы золота.

Из материалов, которые являются однородными смесями веществ, изготовляют много предметов разнообразного назначения.

К однородным смесям принадлежат все смеси газов, в том числе и воздух. Существует немало однородных смесей жидкостей.

Однородные смеси еще называют растворами, даже если они твердые или газообразные.

Приведём примеры растворов (воздух в колбе, поваренная соль + вода, разменная монета: алюминий + медь или никель + медь).

Неоднородные смеси (гетерогенныe)

Вам известно, что мел не растворяется в воде. Если его порошок всыпать в стакан с водой, то в образовавшейся смеси всегда можно обнаружить частицы мела, которые видны невооруженным глазом или в микроскоп.

Смеси, в которых компоненты можно обнаружить наблюдением, называют неоднородными.

К неоднородным смесям относятся большинство минералов, почва, строительные материалы, живые ткани, мутная вода, молоко и другие продукты питания, некоторые лекарственные и косметические средства.

В неоднородной смеси физические свойства компонентов сохраняются. Так, железные опилки, смешанные с медными или алюминиевыми, не теряют способности притягиваться к магниту.

Некоторые виды неоднородных смесей имеют специальные названия: пена (например, пенопласт, мыльная пена), суспензия (смесь воды с небольшим количеством муки), эмульсия (молоко, хорошо взболтанные растительное масло с водой), аэрозоль (дым, туман).

Способы разделения смесей

В природе вещества существуют в виде смесей. Для лабораторных исследований, промышленных производств, для нужд фармакологии и медицины нужны чистые вещества.

Существует много методов разделения смесей. Их выбирают, учитывая тип смеси, агрегатное состояние и различия в физических свойствах компонентов.

Способы разделения смесей

Эти способы основаны на различиях в физических свойствах компонентов смеси.

Рассмотрим способы разделения гетерогенных и гомогенных смесей.

Особым методом разделения компонентов, основанным на различной поглощаемости их определенным веществом, является хроматография.

Если подвесить полоску из фильтровальной бумаги над сосудом с красными чернилами, погружая в них лишь конец полоски. Раствор впитывается бумагой и поднимается по ней. Но граница подъема краски отстает от границы подъема воды. Так происходит разделение двух веществ: воды и красящего вещества в чернилах.

С помощью хроматографии русский ботаник М. С. Цвет впервые выделил хлорофилл из зеленых частей растений. В промышленности и лабораториях вместо фильтровальной бумаги для хроматографии используют крахмал, уголь, известняк, оксид алюминия. А всегда ли требуются вещества с одинаковой степенью очистки?

Для различных целей необходимы вещества с различной степенью очистки. Воду для приготовления пищи достаточно отстоять для удаления примесей и хлора, используемого для ее обеззараживания. Воду для питья нужно предварительно прокипятить. А в химических лабораториях для приготовления растворов и проведения опытов, в медицине необходима дистиллированная вода, максимально очищенная от растворенных в ней веществ. Особо чистые вещества, содержание примесей в которых не превышает одной миллионной процента, применяются в электронике, в полупроводниковой, ядерной технике и других точных отраслях промышленности.

Химия изучает вещества и их свойства. При их смешивании возникают смеси, которые приобретают новые ценные качества.

Что такое смесь

Смесью называют совокупность индивидуальных веществ. Их изготовлением занимаются не только ученые в лабораториях при наличии определенных условий. Каждый день мы начинаем с ароматного чая или кофе, в который добавляем сахар. Или варим вкусный суп, который обязательно необходимо посолить. Это и есть самые настоящие смеси. Только мы об этом абсолютно не задумываемся.

Если невооруженным глазом невозможно различить частички веществ - перед вами однородные смеси (гомогенные). Их можно получить, растворяя тот самый сахар в чае или кофе.

А вот если к сахару добавить песок, их частички можно различить без труда. Такую смесь считают неоднородной или гетерогенной.

При изготовлении смесей такого вида можно использовать вещества, находящиеся в разном твердом или жидком. Смесь молотого перца разного вида или другие приправы чаще всего являются именно неоднородными сухими составами.

Если в процессе приготовления гетерогенного продукта используется любая жидкость, то полученную массу называют взвесью. Причем различают их несколько видов. При смешивании жидкости с образуются суспензии. Их примером является смесь воды с песком или глиной. Когда строитель изготавливает цемент, повар смешивает муку с водой, ребенок чистит зубы пастой - все они используют суспензии.

Другая разновидность гетерогенных смесей может быть получена при смешивании двух жидкостей. Естественно, если их частички различимы. Капните растительного масла в воду - и получите эмульсию.

Однородные смеси

Самым известным из этой группы веществ является воздух. Каждый ученик знает, что в его состав входит ряд газов: азот, кислород, двуокись углерода, и примеси. Можно ли их рассмотреть и различить невооруженным глазом. Конечно, нет.

Таким образом, и воздух, и сладкая вода - однородные смеси. Они могут находиться в разных агрегатных состояниях. Но чаще всего используются жидкие однородные смеси. Они состоят их растворителя и растворенного вещества. Причем первым является компонент либо жидкий, либо взятый в большем объеме.

Вещества не могут растворяться в бесконечном количестве. Например, в литр воды можно добавить только два килограмма сахара. Дальше этот процесс просто не будет происходить. Такой раствор станет насыщенным.

Интересное явление представляют собой твердые гомогенные смеси. Так, водород без труда распределяется в различных металлах. Интенсивность процесса растворения зависит от многих факторов. Она увеличивается с повышением температуры жидкости и воздуха, при измельчении веществ и в результате их перемешивания.

Удивительным является тот факт, что в природе не существует абсолютно нерастворимых веществ. Даже ионы серебра распределяются между молекулами воды, образуя гомогенную смесь. Такие растворы находят широкое применение в быту и жизни человека. Например, всеми любимое и полезное молоко - однородная смесь.

Способы разделения смесей

Иногда возникает необходимость не только получить гомогенные растворы, но и разделить однородные смеси. Допустим, в доме есть только соленая вода, а нужно получить ее кристаллы отдельно. Для этого подобную массу выпаривают. Однородные смеси, примеры которых были приведены выше, чаще всего разделяют именно таким способом.

На основе различий в температуре кипения основана дистилляция. Всем известно, что вода начинает испаряться при 100 градусах по Цельсию, а этиловый спирт - при 78. Смесь данных жидкостей нагревают. Сначала испаряются пары спирта. Их конденсируют, то есть переводят в жидкое состояние, соприкасая с любой охлажденной поверхностью.

При помощи магнита разделяют смеси, в состав которых входят металлы. Например, железные и деревянные опилки. Растительное масло и воду отдельно можно получить при помощи отстаивания.

Гетерогенные и однородные смеси, примеры которых проиллюстрированы в статье, имеют важное хозяйственное значение. Полезные ископаемые, воздух, подземные воды, моря, пищевые продукты, строительные материалы, напитки, пасты - все это совокупность индивидуальных веществ, без которых жизнь была бы просто невозможна.

О.С.ГАБРИЕЛЯН,
И.Г.ОСТРОУМОВ,
А.К.АХЛЕБИНИН

СТАРТ В ХИМИЮ

7 класс

Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3, 4, 5, 6/2006

Глава 2. Математика в химии

(продолжение)

§ 12. Чистые вещества и смеси

Один из самых любимых материалов скульпторов и архитекторов – мрамор (рис. 59). Окраска этой горной породы удивительно разнообразна: молочно-белая, серая, розоватая. Причудливый узор радует глаз. Мрамор послушен и податлив в руках мастера, он легко обрабатывается и прекрасно полируется до зеркального блеска. Мрамор – это минерал, материал, из которого можно изготовить облицовочную плитку, статую или колонну дворца. Плитка, статуя, колонна – это физические тела, изделия. А вот основу мрамора составляет вещество, которое называется карбонат кальция. То же вещество входит в состав других минералов – мела, известняка.

Проследим логическую цепочку взаимосвязи понятий «физическое тело» – «материал» – «вещество» еще на нескольких примерах. Полезный предмет – линейка – сделан из материала пластмассы. Скорее всего, эта пластмасса – вещество полипропилен. Оконная рама – физическое тело, древесина – материал, целлюлоза – основное вещество древесины. Лезвие ножа – стальное, сталь – это сплав, основной компонент которого – вещество железо.

А теперь давайте подумаем, почему мрамор бывает разного цвета? Почему на его поверхности играет неповторимый узор? Потому, что помимо карбоната кальция в его состав входят примеси, придающие окраску. Аналогично и линейки бывают разного цвета, который зависит от того, какой краситель добавляют в пластмассу. В состав материала резины для изготовления автомобильных покрышек входит 24 компонента, важнейшим из которых является химическое вещество каучук.

Вот и получается, что чистых веществ в природе, в технике, в быту очень немного. Гораздо чаще встречаются смеси – сочетание двух или более веществ. Воздух – это смесь различных газов; нефть – природная смесь органических веществ (углеводородов); любые минералы, горные породы – это тоже твердые смеси различных веществ.

Смеси различаются величиной входящих в их состав частиц веществ. Иногда эти частицы настолько велики, что их можно видеть невооруженным глазом. Если смешать речной песок с сахарным, вы без труда отличите отдельные кристаллики друг от друга, особенно если будете пользоваться для этой цели увеличительным стеклом. К подобным смесям можно отнести, например, стиральный порошок, кулинарные смеси для выпечки блинов или тортов, строительные смеси.

Порой частички компонентов в смесях более мелкие, не различимые глазом. Например, в состав муки входят крупицы крахмала и белка, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Молоко – это тоже водная смесь, в которой содержатся маленькие капельки жира, белок, лактоза и другие вещества. Увидеть капельки жира в молоке можно, если рассматривать каплю молока под микроскопом.

Агрегатное состояние веществ в смеси может быть различным. Зубная паста, например, – это смесь твердых и жидких составляющих (рис. 60).

Смеси, в которых частички составляющих их веществ видны невооруженным глазом или под микроскопом, называются неоднородными или гетерогенными.

Есть смеси, при образовании которых вещества настолько «проникают друг в друга», что разбиваются на мельчайшие частицы, не различимые даже под микроскопом. Как бы вы ни всматривались в воздух, различить составляющие его газы вам не удастся. Также бесполезно искать «неоднородность» в растворах уксусной кислоты или поваренной соли в воде.

Смесь, в которой даже с помощью увеличительных приборов нельзя увидеть частицы составляющих ее веществ, называется однородной или гомогенной.

Однородные смеси по агрегатному состоянию делятся на газообразные, жидкие и твердые.

Смесь любых газов всегда гомогенна. Например, чистый воздух – это гомогенная смесь азота, кислорода, углекислого и благородных газов, водяных паров. А вот пыльный воздух – это уже гетерогенная смесь тех же газов, только содержащая еще и частицы пыли. Вам наверняка доводилось не раз видеть, как ранним утром через неплотно задернутые шторы в комнату пробиваются солнечные лучи. Пути их нередко бывают отмечены светящимися дорожками: это взвешенные в воздухе частички пыли рассеивают солнечный свет. Смог над городом или над промышленным предприятием – это тоже гетерогенная смесь: воздух, в котором содержатся не только частицы пыли, но также сажа из дыма, капельки различных жидкостей и др. (рис. 61).

Природный газ, попутный нефтяной газ также представляют собой природные смеси газообразных веществ, основным компонентом которых является метан СН 4 . Тот же метан поступает в наши квартиры по трубопроводам и горит на кухне веселым голубым пламенем. Но бытовой газ – это тоже смесь. В ее состав специально вводят резко пахнущие вещества, чтобы можно было по запаху почувствовать малейшую утечку газа. Для чего это необходимо? Дело в том, что и воздух (необходимый для дыхания всего живого), и природный газ (незаменимое топливо и сырье для химической отрасли промышленности) – это великое благо человечества, но их смесь превращается в грозную разрушительную силу из-за чрезвычайной взрывоопасности. Из сообщений средств массовой информации вы, безусловно, знаете о трагедиях, связанных со взрывами метана в угольных шахтах, взрывами бытового газа в результате преступной халатности или несоблюдения элементарных норм безопасности. Почувствовав запах газа в квартире или в подъезде своего дома, вы должны немедленно перекрыть краны и вентили, проветрить помещение, по телефону 04 вызвать специализированную аварийную службу.При этом категорически запрещается пользоваться открытым огнем, включать или выключать электроприборы.

К жидким природным смесям относится нефть. В ее состав входят сотни различных компонентов, главным образом соединения углерода. Нефть называют «кровью Земли», «черным золотом», и вам хорошо известно, насколько значительную роль в экономике нашего государства и многих других стран играют добыча, переработка и экспорт нефти и нефтепродуктов.

Безусловно, самой распространенной жидкой смесью, а точнее раствором, является вода морей и океанов. Вы уже знаете, что в одном литре морской воды в среднем содержится 35 г солей, основная часть из которых приходится на хлорид натрия. В отличие от чистой воды морская имеет горько-соленый вкус, замерзает не при 0 °С, а при –1,9 °С.

С жидкими смесями в повседневной жизни вы сталкиваетесь постоянно. Шампуни и напитки, микстуры и препараты бытовой химии – все это смеси веществ. Даже воду из-под крана нельзя считать чистым веществом: в ней содержатся растворенные соли, мельчайшие нерастворимые примеси, ее обеззараживают хлорированием. Такую воду нельзя пить некипяченой, ее не рекомендуют использовать для приготовления пищи. Специальные бытовые фильтры помогут очистить водопроводную воду не только от твердых частиц, но и от некоторых растворенных примесей. Даже растворы реактивов на водопроводной воде готовить нельзя. Воду для этого очищают методом дистилляции, о чем вы узнаете немного позже.

Широко распространены и твердые смеси . Как мы уже говорили, горные породы представляют собой смеси нескольких веществ. Почва, глина, песок – это тоже смеси. К твердым смесям можно отнести стекло, керамику, сплавы. Каждому знакомы кулинарные смеси или смеси, образующие стиральные порошки.

Скажите, одинаков ли состав воздуха, который мы вдыхаем и выдыхаем? Конечно, нет. В последнем становится меньше кислорода, зато больше углекислого газа. Но «больше-меньше» – понятия относительные. Состав смесей можно выразить количественно, т.е. в цифрах. Как? Об этом речь пойдет в следующем параграфе.

1. В чем отличие материала от химического вещества?

2. Может ли вода в различных агрегатных состояниях быть материалом? Приведите примеры.

3. Что такое смесь? Приведите примеры природных смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.

4. Приведите примеры бытовых смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.

5. Какие смеси называют гетерогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.

6. Какие смеси называют гомогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.

7. Какой воздух можно рассматривать как гомогенную смесь, а какой – как гетерогенную?

Проследим логическую цепочку взаимосвязи понятий «физическое тело» – «материал» – «вещество» еще на нескольких примерах. Полезный предмет – линейка – сделан из материала пластмассы. Скорее всего, эта пластмасса – вещество полипропилен. Оконная рама – физическое тело, древесина – материал, целлюлоза – основное вещество древесины. Лезвие ножа – стальное, сталь – это сплав, основной компонент которого – вещество железо.

А теперь давайте подумаем, почему мрамор бывает разного цвета? Почему на его поверхности играет неповторимый узор? Потому, что помимо карбоната кальция в его состав входят примеси, придающие окраску. Аналогично и линейки бывают разного цвета, который зависит от того, какой краситель добавляют в пластмассу. В состав материала резины для изготовления автомобильных покрышек входит 24 компонента, важнейшим из которых является химическое вещество каучук.

Вот и получается, что чистых веществ в природе, в технике, в быту очень немного. Гораздо чаще встречаются смеси – сочетание двух или более веществ. Воздух – это смесь различных газов; нефть – природная смесь органических веществ (углеводородов); любые минералы, горные породы – это тоже твердые смеси различных веществ.

Смеси различаются величиной входящих в их состав частиц веществ. Иногда эти частицы настолько велики, что их можно видеть невооруженным глазом. Если смешать речной песок с сахарным, вы без труда отличите отдельные кристаллики друг от друга, особенно если будете пользоваться для этой цели увеличительным стеклом. К подобным смесям можно отнести, например, стиральный порошок, кулинарные смеси для выпечки блинов или тортов, строительные смеси.

Порой частички компонентов в смесях более мелкие, не различимые глазом. Например, в состав муки входят крупицы крахмала и белка, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Молоко – это тоже водная смесь, в которой содержатся маленькие капельки жира, белок, лактоза и другие вещества. Увидеть капельки жира в молоке можно, если рассматривать каплю молока под микроскопом.

Агрегатное состояние веществ в смеси может быть различным. Зубная паста, например, – это смесь твердых и жидких составляющих (рис. 60).

Смеси, в которых частички составляющих их веществ видны невооруженным глазом или под микроскопом, называются неоднородными или гетерогенными.

Есть смеси, при образовании которых вещества настолько «проникают друг в друга», что разбиваются на мельчайшие частицы, не различимые даже под микроскопом. Как бы вы ни всматривались в воздух, различить составляющие его газы вам не удастся. Также бесполезно искать «неоднородность» в растворах уксусной кислоты или поваренной соли в воде.

Смесь, в которой даже с помощью увеличительных приборов нельзя увидеть частицы составляющих ее веществ, называется однородной или гомогенной.

Однородные смеси по агрегатному состоянию делятся на газообразные, жидкие и твердые.

Смесь любых газов всегда гомогенна. Например, чистый воздух – это гомогенная смесь азота , кислорода, углекислого и благородных газов, водяных паров. А вот пыльный воздух – это уже гетерогенная смесь тех же газов, только содержащая еще и частицы пыли. Вам наверняка доводилось не раз видеть, как ранним утром через неплотно задернутые шторы в комнату пробиваются солнечные лучи. Пути их нередко бывают отмечены светящимися дорожками: это взвешенные в воздухе частички пыли рассеивают солнечный свет. Смог над городом или над промышленным предприятием – это тоже гетерогенная смесь: воздух, в котором содержатся не только частицы пыли, но также сажа из дыма, капельки различных жидкостей и др. (рис. 61).

Природный газ, попутный нефтяной газ также представляют собой природные смеси газообразных веществ, основным компонентом которых является метан СН4. Тот же метан поступает в наши квартиры по трубопроводам и горит на кухне веселым голубым пламенем. Но бытовойгаз – это тоже смесь. В ее состав специально вводят резко пахнущие вещества, чтобы можно было по запаху почувствовать малейшую утечку газа. Для чего это необходимо? Дело в том, что и воздух (необходимый для дыхания всего живого), и природный газ (незаменимое топливо и сырье для химической отрасли промышленности) – это великое благо человечества, но их смесь превращается в грозную разрушительную силу из-за чрезвычайной взрывоопасности. Из сообщений средств массовой информации вы, безусловно, знаете о трагедиях, связанных со взрывами метана в угольных шахтах, взрывами бытового газа в результате преступной халатности или несоблюдения элементарных норм безопасности. Почувствовав запах газа в квартире или в подъезде своего дома, вы должны немедленно перекрыть краны и вентили, проветрить помещение, по телефону 04 вызвать специализированную аварийную службу. При этом категорически запрещается пользоваться открытым огнем, включать или выключать электроприборы.

К жидким природным смесям относится нефть. В ее состав входят сотни различных компонентов, главным образом соединения углерода. Нефть называют «кровью Земли», «черным золотом», и вам хорошо известно, насколько значительную роль в экономике нашего государства и многих других стран играют добыча, переработка и экспорт нефти и нефтепродуктов.

Безусловно, самой распространенной жидкой смесью, а точнее раствором, является вода морей и океанов. Вы уже знаете, что в одном литре морской воды в среднем содержится 35 г солей, основная часть из которых приходится на хлорид натрия. В отличие от чистой воды морская имеет горько-соленый вкус, замерзает не при 0 °С, а при –1,9 °С.

С жидкими смесями в повседневной жизни вы сталкиваетесь постоянно. Шампуни и напитки, микстуры и препараты бытовой химии – все это смеси веществ. Даже воду из-под крана нельзя считать чистым веществом: в ней содержатся растворенные соли, мельчайшие нерастворимые примеси, ее обеззараживают хлорированием. Такую воду нельзя пить некипяченой, ее не рекомендуют использовать для приготовления пищи. Специальные бытовые фильтры помогут очистить водопроводную воду не только от твердых частиц, но и от некоторых растворенных примесей. Даже растворы реактивов на водопроводной воде готовить нельзя. Воду для этого очищают методом дистилляции, о чем вы узнаете немного позже.

Широко распространены и твердые смеси . Как мы уже говорили, горные породы представляют собой смеси нескольких веществ. Почва, глина, песок – это тоже смеси. К твердым смесям можно отнести стекло, керамику, сплавы. Каждому знакомы кулинарные смеси или смеси, образующие стиральные порошки.

Скажите, одинаков ли состав воздуха, который мы вдыхаем и выдыхаем? Конечно, нет. В последнем становится меньше кислорода, зато больше углекислого газа. Но «больше-меньше» – понятия относительные. Состав смесей можно выразить количественно, т. е. в цифрах. Как? Об этом речь пойдет в следующем параграфе.

1. В чем отличие материала от химического вещества?

2. Может ли вода в различных агрегатных состояниях быть материалом? Приведите примеры.

3. Что такое смесь? Приведите примеры природных смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.

4. Приведите примеры бытовых смесей различного агрегатного состояния. Назовите компоненты этих смесей.

5. Какие смеси называют гетерогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.

6. Какие смеси называют гомогенными? Приведите примеры таких природных и бытовых смесей и назовите их компоненты.

7. Какой воздух можно рассматривать как гомогенную смесь, а какой – как гетерогенную?

Глава 2. Математика в химии

(окончание)

§ 13. Объемная доля газов в смеси

В состав воздуха входит несколько различных газов: кислород, азот, углекислый газ, благородные газы, водяные пары и некоторые другие вещества. Содержание каждого из этих газов в чистом воздухе строго определенно.

Для того чтобы выразить состав смеси газов в цифрах, т. е. количественно, используют особую величину, которую называют объемной долей газов в смеси.

Объемную долю газа в смеси обозначают греческой буквой – «фи».

Объемной долей газа в смеси называют отношение объема данного газа к общему объему смеси:

MsoNormalTable">

Рассчитаем объемные доли этих газов в воздухе: