Mieszanka - Mixture

W chemii , A Mieszanina jest materiał składający się z dwóch lub więcej różnych substancji / substancje chemiczne, które nie są chemicznie. Mieszanina jest fizyczną kombinacją dwóch lub więcej substancji, w której tożsamość jest zachowana i mieszana w postaci roztworów , zawiesin i koloidów .

Mieszaniny to jeden produkt polegający na mechanicznym mieszaniu lub mieszaniu substancji chemicznych, takich jak pierwiastki i związki , bez wiązania chemicznego lub innych zmian chemicznych, dzięki czemu każda substancja składowa zachowuje swoje właściwości chemiczne i skład. Pomimo braku zmian chemicznych w jej składnikach, właściwości fizyczne mieszaniny, takie jak jej temperatura topnienia , mogą się różnić od właściwości składników. Niektóre mieszaniny można rozdzielić na składniki za pomocą środków fizycznych (mechanicznych lub termicznych). Azeotropy są jednym z rodzajów mieszanin, które zwykle stwarzają znaczne trudności w procesach separacji wymaganych do uzyskania ich składników (procesy fizyczne lub chemiczne, a nawet ich mieszanina).

Charakterystyka mieszanek

Mieszaniny można scharakteryzować przez to, że można je rozdzielić za pomocą środków mechanicznych, np. oczyszczanie , destylacja , elektroliza , chromatografia , ogrzewanie , filtracja , sortowanie grawitacyjne , wirowanie itp. Mieszaniny mogą być jednorodne lub niejednorodne” : mieszanina, w której składniki są rozłożone równomiernie, nazywana jest jednorodną, np. sól w wodzie, inaczej nazywana jest niejednorodna, np. piasek w wodzie.

Jednym z przykładów mieszanki jest powietrze. Powietrze jest jednorodną mieszaniną substancji gazowych azotu, tlenu i mniejszych ilości innych substancji. Sól, cukier i substancje rozpuszczają się w wodzie tworząc jednorodną mieszaninę. Jednorodna mieszanina, w której występuje zarówno substancja rozpuszczona, jak i rozpuszczalnik, również stanowi roztwór. Mieszanki mogą zawierać dowolne ilości składników.

Mieszaniny różnią się od związków chemicznych, ponieważ:

• Substancje w mieszaninie można rozdzielić metodami fizycznymi, takimi jak filtracja, zamrażanie i destylacja.
• Zmiana energii jest niewielka lub nie ma jej wcale, gdy tworzy się mieszanina (patrz Entalpia mieszania ).
• Mieszaniny mają zmienny skład, natomiast związki mają stałą, określoną formułę.
• Po zmieszaniu poszczególne substancje zachowują swoje właściwości w mieszaninie, natomiast jeśli tworzą związek, ich właściwości mogą się zmienić.

W poniższej tabeli przedstawiono główne właściwości trzech rodzin mieszanin oraz przykłady trzech typów mieszanin.

Mieszaniny jednorodne i niejednorodne

W chemii , jeśli objętość jednorodnej zawiesiny podzieli się na pół, ta sama ilość materiału jest zawieszona w obu połówkach substancji. Przykładem jednorodnej mieszaniny jest powietrze .

W chemii fizycznej i materiałoznawstwie dotyczy to substancji i mieszanin znajdujących się w jednej fazie . Jest to przeciwieństwo substancji, która jest niejednorodna .

Schemat przedstawiający na poziomie mikroskopowym różnice między mieszaninami homogenicznymi, mieszaninami heterogenicznymi, związkami i pierwiastkami

Rozwiązanie

Rozwiązanie to specjalny rodzaj jednorodnej mieszaniny, przy czym stosunek substancji rozpuszczonej do rozpuszczalnika pozostaje taka sama w całym roztworze i cząstki nie są widoczne dla nieuzbrojonego oka, nawet jeśli homogenizacji z wielu źródeł. W roztworach substancje rozpuszczone nie osadzają się po pewnym czasie i nie można ich usunąć metodami fizycznymi, takimi jak filtr lub wirówka . Jako jednorodna mieszanina, roztwór ma jedną fazę (stałą, ciekłą lub gazową), chociaż faza substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika mogą początkowo być różne (np. słona woda).

Gazy

Powietrze można bardziej szczegółowo opisać jako roztwór gazowy (tlen i inne gazy rozpuszczone w głównym składniku, azocie). Ponieważ interakcje między cząsteczkami nie odgrywają prawie żadnej roli, rozcieńczone gazy tworzą trywialne rozwiązania. W części literatury nie są one nawet klasyfikowane jako rozwiązania. W gazie przestrzeń międzycząsteczkowa jest największa, a międzycząsteczkowa siła przyciągania najmniejsza. Niektóre przykłady to tlen, wodór lub azot. Powietrze można bardziej szczegółowo opisać jako gazy

Rozróżnianie typów mieszanek

Rozróżnienie między mieszaninami jednorodnymi i niejednorodnymi jest kwestią skali pobierania próbek. W wystarczająco gruboziarnistej skali każdą mieszaninę można uznać za jednorodną, ​​jeśli cały wyrób można liczyć jako jego „próbkę”. W wystarczająco dokładnej skali o każdej mieszaninie można powiedzieć, że jest niejednorodna, ponieważ próbka może być tak mała jak pojedyncza cząsteczka. Z praktycznego punktu widzenia, jeżeli interesujące nas właściwości mieszaniny są takie same, niezależnie od tego, którą próbkę pobrano do badania, mieszanina jest jednorodna.

Teoria próbkowania Gy określa ilościowo niejednorodność cząstki jako:

${\ Displaystyle h_ {i} = {\ Frac {(c_ {i}-c_ {\ tekst {partia}}) m_ {i}} {c_ {\ tekst {partia}} m_ {\ tekst {średnia}}} },}$

gdzie , , , , i oznaczają odpowiednio: niejednorodność -tej cząstki populacji, masowe stężenie interesującej właściwości w -tej cząstce populacji, masowe stężenie interesującej właściwości w populacji, masę p cząstka w populacji, średnia masa cząstek w danej populacji. ${\displaystyle h_{i}}$${\displaystyle c_{i}}$${\displaystyle c_{\tekst{partia}}}$${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle m_{\tekst{średni}}}$${\displaystyle i}$${\displaystyle i}$${\displaystyle i}$

Podczas pobierania próbek niejednorodnych mieszanin cząstek wariancja błędu próbkowania jest na ogół niezerowa.

Pierre Gy wyprowadził z modelu próbkowania Poissona następujący wzór na wariancję błędu próbkowania w stężeniu masowym w próbce:

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

w którym V jest wariancja błędu próbkowania, N oznacza liczbę cząsteczek w populacji (zanim pobrano próbkę), Q _i oznacza prawdopodobieństwo oraz The I th cząstkę populacji próbki (tj Najważniejsze jest prawdopodobieństwo celu włączenia w ı XX cząstki) m _i jest masa ı XX cząstki populacji i _i stężenie masy właściwości interesujące z punktu i th cząstek populacji.    

Powyższe równanie na wariancję błędu próbkowania jest przybliżeniem opartym na linearyzacji stężenia masowego w próbce.

W teorii Gy prawidłowe pobieranie próbek definiuje się jako scenariusz pobierania próbek, w którym wszystkie cząstki mają takie samo prawdopodobieństwo włączenia do próbki. Oznacza to, że q _i nie zależy już od  i i dlatego można je zastąpić symbolem  q . Równanie Gy dla wariancji błędu próbkowania wygląda następująco:  

${\ Displaystyle V = {\ Frac {1-q} {qM_ {\ tekst {partia}} ^ {2}}} \ suma _ {i = 1} ^ {N} m_ {i} ^ {2} \ lewo (a_{i}-a_{\text{partia}}\right)^{2},}$

gdzie _wsad jest stężenie właściwości będącej przedmiotem zainteresowania w populacji, z której próbka jest sporządzona i M _partii masa populacji z którym próbki mają zostać wyciągnięte.

Homogenizacja

Zobacz też

• Substancja chemiczna
• Mieszanie (inżynieria procesowa)

Bibliografia

• IUPAC , Kompendium terminologii chemicznej , wyd. ("Złota Księga") (1997). Wersja poprawiona online: (2006–) „ mieszanka ”. doi : 10.1351/złota księga.M03949