1.4: Klasyfikacja materii według składu

Materia: czyste substancje i mieszaniny

Ze względu na skład, materię można podzielić na dwie szerokie kategorie — substancje czyste i mieszaniny.

Czysta substancja to forma materii o stałym składzie i jednakowych właściwościach. Na przykład każda próbka sacharozy ma ten sam skład i te same właściwości fizyczne, takie jak temperatura topnienia, kolor i słodycz, niezależnie od źródła, z którego jest izolowana.

Mieszanina składa się z dwóch lub więcej rodzajów substancji, które mogą występować w różnych ilościach i mogą być rozdzielane na skutek zmian fizycznych, takich jak parowanie. Składniki mieszaniny zachowują swoją odrębną tożsamość.

Czyste substancje: pierwiastki i związki

Czyste substancje można podzielić na dwie klasy: pierwiastki i związki. Czyste substancje, których nie można rozłożyć na prostsze substancje w wyniku przemian chemicznych, nazywane są pierwiastkami. Żelazo, srebro, złoto, aluminium, siarka, tlen i miedź to pierwiastki.

Czyste substancje, które można rozłożyć w wyniku przemian chemicznych, nazywane są związkami. W wyniku tego rozkładu mogą powstać pierwiastki lub inne związki, lub jedno i drugie. Tlenek rtęci(II), pomarańczowe, krystaliczne ciało stałe, można rozłożyć pod wpływem ciepła na rtęć i tlen. Po podgrzaniu bez dostępu powietrza związek sacharozy rozkłada się na na węgiel, wodę oraz inne produkty, takie jak tlenek węgla i dwutlenek węgla. Chlorek srebra(I) to biała substancja stała, którą można rozłożyć na pierwiastki srebro metaliczne i gazowy chlorowodór, pod wpływem absorpcji światła.

Właściwości połączonych pierwiastków różnią się od właściwości w stanie wolnym lub niezłączonym. Na przykład biały cukier krystaliczny (sacharoza) jest związkiem powstałym w wyniku chemicznego połączenia pierwiastka węgla, który jest czarnym ciałem stałym w jednej z jego niezłączonych form, oraz dwóch pierwiastków, wodoru i tlenu, które w stanie niezwiązanym są bezbarwnymi gazami. Wolny sód, pierwiastek będący miękkim, błyszczącym, metalicznym ciałem stałym, oraz wolny chlor, pierwiastek będący żółto-zielonym gazem, łączą się, tworząc chlorek sodu (sól kuchenna), związek będący białą, krystaliczną substancją stałą.

Mieszaniny: jednorodne i niejednorodne

Jednorodna mieszanina, zwana także roztworem, ma jednolity skład i wygląda tak samo w całości. Przykładem roztworu jest napój dla sportowców składający się z wody, cukru, barwnika, aromatu i elektrolitów zmieszanych równomiernie. Każda kropla napoju sportowego smakuje tak samo, ponieważ każda kropla zawiera taką samą ilość wody, cukru i innych składników. Należy pamiętać, że skład napoju dla sportowców może być różny – może zawierać mniej lub więcej cukru, środków aromatyzujących lub innych składników, a mimo to będzie napojem dla sportowców. Inne przykłady jednorodnych mieszanin obejmują powietrze, syrop klonowy, benzynę i wodny roztwór soli.

Mieszanina, której skład zmienia się w różnych miejscach, nazywana jest heterogeniczną. Sos włoski jest przykładem mieszaniny niejednorodnej. Jego skład może się różnić, ponieważ można go przygotować z różnej ilości oleju, octu i ziół. Skład różni się w poszczególnych punktach całej mieszanki – jedna kropla może składać się głównie z octu, podczas gdy inna kropla może składać się głównie z oleju lub ziół, ponieważ oliwa i ocet oddzielają się, a zioła osiadają. Innymi przykładami mieszanin heterogenicznych są ciasteczka z kawałkami czekolady (widzimy oddzielne kawałki czekolady, orzechów i ciasta na ciasteczka) i granit (możemy zobaczyć kwarc, mikę, skaleń i inne).

Każdą mieszaninę, jednorodną lub niejednorodną, można rozdzielić na czyste składniki metodami fizycznymi bez zmiany ich właściwości. Chociaż istnieje nieco ponad 100 pierwiastków, z różnych kombinacji tych pierwiastków powstają dziesiątki milionów związków chemicznych. Każdy związek ma specyficzny skład i posiada określone właściwości chemiczne i fizyczne, które odróżniają go od wszystkich innych związków. Oczywiście istnieje niezliczona ilość sposobów łączenia pierwiastków i związków w celu utworzenia różnych mieszanin.

Materia składa się z atomów, najmniejszych podstawowych jednostek materii i cząsteczek, które powstają w wyniku połączenia ze sobą dwóch lub więcej atomów. Ze względu na swój skład materię można podzielić na dwie grupy — czyste substancje i mieszaniny.

Z definicji mówi się, że materia jest czysta, jeśli składa się tylko z jednego składnika, o jednolitym składzie w całym tekście. Weźmy na przykład hel. Hel składa się tylko z atomów helu. Podobnie woda składa się tylko z cząsteczek wody. Kompozycje te nie różnią się w zależności od próbki.

Czyste substancje można podzielić na dwa rodzaje, pierwiastki i związki, w zależności od tego, czy można je rozłożyć, czy nie.

Pierwiastki to czyste substancje, których nie można rozbić na prostsze substancje za pomocą środków chemicznych. Na przykład hel jest pierwiastkiem.

Związki, wręcz przeciwnie, to substancje, które można rozdzielić na swoje składniki tylko za pomocą środków chemicznych. Na przykład woda, również czysta substancja, może być chemicznie rozkładana na dwie prostsze substancje, wodór i tlen, co oznacza, że jest związkiem.

Na Ziemi związki są bardziej powszechne niż czyste pierwiastki, ponieważ większość pierwiastków łatwo łączy się z innymi pierwiastkami. Na przykład kreda używana do pisania na tablicy składa się z wapnia, węgla i tlenu; Cukier składa się z węgla, wodoru i tlenu. Mieszaniny, w przeciwieństwie do czystych substancji, składają się z jednego lub więcej składników. Ich proporcje mogą się również różnić w zależności od próbki. Na przykład lemoniada jest mieszanką trzech składników – soku z cytryny, cukru i wody – a ich proporcje można zmieniać, aby napój był mniej lub bardziej słodki.

Same mieszaniny można podzielić na dwa typy, jednorodne i niejednorodne, w zależności od tego, jak równomiernie mieszają się zawarte w nich substancje.

Jednorodna mieszanina ma jednolity skład i wydaje się wizualnie taka sama w całym tekście. Często określa się go mianem rozwiązania. Na przykład łyżka soli rozpuszczona w wodzie daje jednorodną mieszaninę, ponieważ każda kropla tej mieszaniny ma ten sam skład. Podobnie lemoniada jest również jednorodną mieszanką.

W mieszaninie niejednorodnej składniki nie są rozmieszczone równomiernie, a zatem skład zmienia się z punktu na punkt. Na przykład piasek zmieszany z opiłkami żelaza. W tym przypadku różne części tej mieszaniny będą prawdopodobnie zawierały różne ilości opiłków żelaza i piasku.

Niezależnie od tego, każda mieszanina, zarówno jednorodna, jak i niejednorodna, może zostać rozdzielona na czyste składniki za pomocą środków fizycznych bez zmiany tożsamości składników. Na przykład sól można odzyskać z roztworu wodnego, podgrzewając mieszaninę do sucha. Podobnie opiłki żelaza można oddzielić od piasku za pomocą magnesu.