Смеси и чистые вещества;Изминение вещевства
Смеси и чистые вещества
Все вещества по определенным признакам или свойствам можно объединить в группы. Как отмечалось в предыдущем разделе, вещество можно классифицировать по его агрегатному состоянию, т. е. твердое тело, жидкость или газ. Однако вещество можно классифицировать и по-другому. В этом разделе вы узнаете, каким образом любое вещество можно отнести к классу чистых веществ или смесей (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Классификация веществ
Чистые вещества
Чистое вещество имеет определенный и постоянный состав, или структуру, например соль или сахар.
Чистое вещество может быть элементом или соединением, но его состав остается неизменным.
Элементарно, дорогой читатель
Элемент состоит из атомов одного вида. Атом же является наименьшей частицей элемента, сохраняющей все его свойства. Например, золото является элементом. Возьмем кусочек золота и разделим его пополам, затем половинку опять разделим пополам и будем продолжать это до тех пор, пока не останется крохотная частица, которую уже нельзя разделить, иначе она потеряет свойства, делающие золото золотом. Вот тогда и будет получен атом.
В элементе все атомы имеют одинаковое число протонов. Протоны являются субатомными частицами, т.е. частицами, входящими в состав атома. Существует три главные субатомные частицы (более подробно об этом вы узнаете в главе 3, «Атом и его структура»).
Необходимо усвоить одну важную вещь: элементы — это строительные блоки вещества. Кроме того, все они находятся в одной странной таблице, о которой вы, возможно, уже слышали. Речь идет о периодической системе химических элементов. (Эта таблица представляет собой перечень элементов. Если вы хотите с ней ознакомиться, обратитесь к главе 3, «Атом и его структура».)
Соединение одних элементов с другими
Соединение состоит, как минимум, из двух элементов, содержащихся в определенном отношении. Например, вода (H2O) состоит из двух элементов — водорода (H) и кислорода (O), которые соединены довольно своеобразно, а именно в отношении, где на два атома водорода приходится один атом кислорода (отсюда и H2O). Конечно, водород и кислород входят в состав многих соединений, однако только в одном из них — в том, которое мы называем водой, — они находятся в отношении 2:1. И хотя вода состоит из водорода и кислорода, ее физические и химические свойства отличаются от свойств водорода и кислорода. Другими словами, вода представляет собой уникальное сочетание этих двух элементов.
Разделить соединение на компоненты не так-то просто: для этого необходимо воспользоваться некоторой химической реакцией.
Добавим смеси в смесь
Смеси — это физические сочетания чистых веществ, не имеющие определенного или постоянного состава. Ведь состав смеси меняется в зависимости от того, кто ее готовит. Предположим, я попросил двух барменов приготовить мне коктейль «Маргарита» (довольно восхитительная смесь). И хотя оба пользуются одним и тем же рецептом, состав приготовленных ими коктейлей будет несколько отличаться, потому что в обычных условиях невозможно с высокой точностью измерить количество необходимых компонентов (текилы, сухого вина и пр.). Поэтому у барменов должны получиться смеси, немного отличающиеся по своему составу. Однако следует отметить, что у каждого компонента смеси (т.е. у каждого чистого вещества, входящего в ее состав, или, возвращаясь к примеру с напитками, у каждого ингредиента) сохраняется собственный набор физических и химических характеристик. Благодаря этому разные вещества можно без большого труда выделить из смеси.
И хотя химикам приходится нелегко, если требуется разделить соединение на элементы, тем не менее составляющие части смеси довольно просто выделяются с помощью физических способов, например фильтрации. Допустим, у вас есть смесь из соли и песка и нужно очистить песок, удалив при этом соль. Это сделать несложно: нужно к смеси добавить воду, чтобы растворить соль, а затем отфильтровать полученную смесь. В результате у вас останется чистый песок.
Смеси могут быть однородными и неоднородными.
Однородными называют смеси, в которых ни непосредственно, ни с помощью микроскопа нельзя обнаружить частицы веществ, входящих в состав смеси, из-за их достаточно малой величины. Такими смесями являются смеси газов, многие жидкости и некоторые сплавы. Например, если положить в воду сахар и хорошо размешать, то где бы вы ни взяли пробу раствора, она будет в основном одинаковой.
Однако если поместить в стакан некоторое количество сахара и песка, а затем встряхнуть его несколько раз, то полученная смесь не будет по всей емкости иметь одинаковый состав. Поскольку песок тяжелее, то, скорее всего, на дне стакана будет больше песка, а сверху, наоборот, больше сахара. В этом случае получится неоднородная смесь, т.е. смесь, пробы которой меняются в зависимости от места, где они берутся.
Изминение вещевства
В своей работе ученым часто приходится измерять различные величины (например, массу, объем и температуру). Если бы в каждой стране была своя система мер, это существенно усложнило бы общение. Поэтому, чтобы ученые могли «говорить на одном языке», была принята международная система единиц.
Единицы СИ
Международная система единиц СИ (от французского названия Systeme International) основана на более старой метрической системе, которую многие из нас учили в школе. Между этими системами есть небольшие различия, но в настоящей книге они не учитываются.
СИ — это десятичная система единиц физических величин, состоящая из семи основных единиц, двух дополнительных и большого числа производных единиц. К основным единицам СИ относятся, например, единицы измерения массы — килограмм (кг), длины — метр (м) и времени — секунда (с). Для более удобного представления основных единиц используются приставки. Например, приставка кило означает 1 000 и записывается как к (например, км). Не менее распространенными приставками являются санти (с) и милли (м), которые означают соответственно 0,01 и 0,001. Таким образом, один миллиграмм — это 0,001 грамма, или же можно сказать, что в одном грамме содержится 1 000 миллиграммов. (Наиболее часто встречающиеся приставки СИ приведены в приложении А, «Научные единицы измерения: метрическая система».)
Преобразования из СИ в британскую систему и наоборот
Много лет назад в США было организовано движение за переход к метрической системе единиц. Но, увы, при покупке американцы до сих пор меряют картофель фунтами, а бензин — галлонами. Впрочем, пусть это вас не беспокоит. Большинство известных профессиональных химиков без всяких проблем пользуются как системой единиц, применяемой в англоязычных странах (далее — британской), так и СИ. При использовании двух систем необходимо делать преобразования из одной в другую. Ниже я покажу, как это делается.
В СИ основной единицей длины является метр (м). Он чуть длиннее ярда, а если говорить более точно, то один метр равен 1,094 ярда. Однако на самом деле преобразование метров в ярды и наоборот не имеет смысла. Преобразование для длины из СИ в британскую систему и наоборот выполняется с помощью следующего равенства:
2,54 см = 1 дюйм.
Основной единицей массы в СИ принято считать грамм (г). Следовательно, преобразование для массы выполняется с помощью следующего равенства:
454 г = 1 фунт.
Основной единицей объема в системе СИ является литр (л). Следовательно, преобразование для объема выполняется с помощью следующего равенства:
0,946 л = 1 кварта.
С помощью перечисленных равенств, а также метода преобразования единиц, описанного в приложении В, «Метод преобразования одних единиц измерения в другие», вы сможете осуществить необходимые преобразования из СИ в британскую систему и наоборот.
Например, у вас есть сетка с картофелем весом 5 фунтов, а вам необходимо знать этот вес в килограммах. Запишите 5 фунтов в виде дроби, поместив в числителе 5, а в знаменателе 1:
5,0 фунтов 1 .
Используя известное соотношение между фунтами и граммами, можно составить следующее выражение:
5,0 фунтов х 454 г 11 фунт