Kysymys:
Mikä on puhdas aine?
drN
2013-01-03 19:23:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Huomasin valmistautuessani opettamaan "Johdatus termodynamiikkaan", että puhtailla aineilla on erilaisia ​​määritelmiä tai esimerkkejä. Esimerkiksi minun on käytettävä oppikirjaa "Termodynamiikka ja tekninen lähestymistapa, Cengel ja Boles" määrittelee puhtaan aineen sellaiseksi, jolla on sama kemiallinen koostumus kaikkialla. Kaasumaisessa muodossa oleva ilma mainitaan esimerkkinä. Ilma sen nesteytetyssä muodossa EI ole, koska se erottuu sen eri komponenteiksi.

Dummies-kirjan kemiassa ehdotetaan, että sokeria voidaan pitää puhtaana aineena, koska sillä on sama kemiallinen koostumus. kaikkialla. Ja vettä voidaan pitää puhtaana aineena samasta syystä.

Onko siis homogeenista sokerin ja veden seosta pidettävä puhtaana aineena? Loppujen lopuksi homogeenisella seoksella on "samanlaiset ominaisuudet" kaikissa vaiheissa.

Vielä yksi puhtaan aineen määritelmä viittaa siihen, että kaikki samanlaisista atomeista valmistetut materiaalit ovat puhtaita aine. Joten jaksollisen taulukon yksittäiset elementit ja "puhtaasti" niistä tehdyt tavarat ovat puhtaita aineita. Muut aineet ovat vain homogeenisia tai heterogeenisiä seoksia.

Onko puhtaita aineita (riippumatta siitä, pidämmekö niitä alkuaineina, yhdisteinä vai seoksina) vain hyvin vaikea hajottaa niiden yksittäisiksi komponenteiksi?

Ilma ei ole puhdas aine; se on seos.
@Nick, mutta ilman ainesosia ei voida poistaa ilman paljon vaivaa. Joten jos ainesosien uuttamiseen tarvitaan paljon energiaa, voidaanko sitä kuvata puhtaana aineena?
ei, puhdas aine ei ole seos. Jos aineet voidaan erottaa seoksesta sentrifugilla, kromatografialla tai muulla fysikaalisella menetelmällä, ne eivät ole puhtaita.
En pysty valitsemaan oikeaa vastausta tähän melko subjektiiviseen kysymykseen. Onko mitään neuvoja?
@BenNorris: n vastaus vaikuttaa mielestäni oikealta. Insinöörit saattavat käyttää erilaista määritelmää, jos se sopii heidän tarkoituksiinsa, mutta kemia määrittelee puhtaan aineen tarkasti.
@Nick Juuri tästä syystä olin varovainen siirtäessäni tämän kysymyksen fysiikasta kem.SE: hen. Se oli hankala (luokiteltava) kysymys fysiikassa.SE! In: Insinöörinä en ole aina samaa mieltä kemistien kanssa!
Viisi vastused:
#1
+15
Ben Norris
2013-01-04 02:09:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

"Termodynamiikka on tekninen lähestymistapa, Cengel ja Boles" määrittelee puhtaan aineen sellaiseksi, jolla on sama kemiallinen koostumus.

Tämä on puhtaan aineen oikea määritelmä. . Ilma ei kuitenkaan ole puhdas aine faasista riippumatta.

Kaikki aineet luokitellaan joko "puhtaiksi" aineiksi tai seoksiksi. Sana "puhdas" sanan "aine" edessä on tarpeeton, koska aineen määritelmä merkitsee puhtautta. Aine on näyte, jonka koostumus on kemiallisesti yhtenäinen. Toisin sanoen, kaikki näytteen hiukkaset ovat kemiallisesti samat (olivatpa ne sitten atomeja tai molekyylejä tai ionisia hiloja tai mitä sinulla on). Aineita ei voida erottaa yksinkertaisemmiksi komponenteiksi millään fysikaalisella prosessilla (ts. Rikkomatta kemiallisia sidoksia). Seokset ovat näytteitä, jotka sisältävät kahta tai useampaa ainetta. Kaikki seokset voidaan fyysisesti erottaa, vaikka keinot tehdä niin eivät välttämättä ole helppoja eivätkä käytännöllisiä.

Ilma on seos typpeä ($ \ ce {N2} $), happea ($ \ ce {O2} $), hiilidioksidia ($ \ ce {CO2} $), argonia ($ \ ce {Ar} $), vesihöyryä ja muita kaasuja. Jokainen näistä kaasuista on erikseen aine. Ilma voidaan helposti (mutta ei mukavasti omassa kodissasi) jakaa osiin. Jäähtyvä ilma saa komponentit kondensoitumaan siitä asteittain alhaisemmassa lämpötilassa: ensin vesihöyry ja sitten $ \ ce {CO2} $ (195 K), jota seuraa $ \ ce {Kr} $ (120 K), $ \ ce {O2} $ ja $ \ ce {CH4} $ (90 K), $ \ ce {Ar} $ (87 K), $ \ ce {N2} $, $ \ ce {Ne} $ (27 K) , $ \ ce {H2} $ (20 K) ja $ \ ce {He} $ (4 K).

Kun jokainen aine tiivistyy ilmasta, se voidaan fyysisesti erottaa jäljellä olevasta kaasusta, mikä vähentää seoksen monimutkaisuutta. Jokainen aine, jos se palautetaan kaasumaiseen tilaan erillään alkuperäisestä seoksesta, on fysikaalisesti ja kemiallisesti erillinen alkuperäisestä seoksesta (tai mikä tahansa siitä jäljellä). Tällaisten fyysisten erottelujen ei tarvitse olla helppoa tehdä seoksesta ilmaa, niiden on oltava mahdollisia .

Puhtaalla aineella ei ole tällaista käyttäytymistä. Kun puhdas vesi jäähdytetään, se vaihtuu jääksi, joka on fyysisesti erotettavissa nestemäisestä vedestä. Kiinteät ja nestemäiset näytteet ovat kuitenkin vielä vettä. Et ole vähentänyt näytteen monimutkaisuutta, vaan vain muuttanut sen muotoa. Jos annat erotetun kiinteän veden sulaa, sitä ei voida fysikaalisesti ja kemiallisesti erottaa alkuperäisestä vesinäytteestä. Puhdasta vettä ei voida erottaa muiksi kemiallisesti erillisiksi aineiksi suorittamatta kemiallista reaktiota, mikä tarkoittaa atomien välisen rikkoutumisen ja sidosten muodostamista.

Suurin osa aineesta, jonka kanssa olemme tekemisissä jokapäiväisessä elämässämme, koostuu seoksista.

Keittiössä on muutama puhdas aine. Pöytäsokeri on yksittäinen yhdiste (sakkaroosi). Niin on pöytäsuola (natriumkloridi), ruokasooda (natriumbikarbonaatti) ja hammaskiven kerma (kaliumbitartraatti). Vesi on puhdasta ainetta, kunhan se on puhdistettu. Suurimmassa osassa vettä on liuenneita muita aineita.

Kulta (niin kauan kuin se on 24K) on puhdas alkuaine. Niin on timantti (hiili), grafiitti (myös hiili) ja neon neonvaloissa. Kaikki mineraalit ovat puhtaita aineita, mukaan lukien asbesti. Lasi on puhdas aine. Useimmat jalokivet ovat puhtaita aineita.

Van Wylen määrittelee ilmaisussaan "Klassisen termodynamiikan perusteet" puhtaan aineen niin kauan kuin se on kaasumaisessa muodossa. Nesteytettynä se erottuu komponentteihinsa.
Ilma on homogeeninen seos useista kaasumaisista aineista. Jos ilma on puhdas aine, niin on myös dieettikoola (myös homogeeninen seos).
Kyllä, Wan Vylenin määritelmän lävistyslinja on, että ilmaa ei voida erottaa sen aineosiin * helposti * kaasumaisessa muodossa. Luulen, että pelkän ruokavaliokoolan / tavallisen kolan avaaminen alkaa vapauttaa CO2-kuplia ...
Kyllä, mutta kofeiini, fosforihappo, karamelliväri, keinotekoinen makeutusaine jne. On paljon vaikeampaa erottaa, mutta ne ovat * erotettavissa *. Ihmiskeho tekee sen koko ajan. Van Wylenin sisällyttäminen ilmaan puhtaana aineena ei ole oikein. Olen päivittänyt vastaukseni selittääkseen paremmin miksi.
Luulen, että määritelmä on melko subjektiivinen.
Määritelmä ei ole subjektiivinen. Puhtaalla aineella on kaikki hiukkaset samalla kemiallisella identiteetillä. Tämä määritelmä on kaikkien kemian johdantokappaleiden ensimmäisellä tai toisella sivulla. Se on sisällön Wikipedia-artikkeli. Ilma ei täytä tätä kriteeriä vaiheesta riippumatta.
anna meidän [jatka tätä keskustelua chatissa] (http://chat.stackexchange.com/rooms/6978/discussion-between-ben-norris-and-drn)
Ainoastaan ​​määritelmä "kaikkien hiukkasten ollessa saman kemiallisen identtisyyden" ei ole hyvä, koska se tekisi kaikki ioniset yhdisteet seoksiksi. Jopa puhdistettu vesi on ehdottomasti sekoitus $ \ ce {H_2O} $, mutta myös $ \ ce {H_3O ^ +} $ ja $ \ ce {OH ^ -} $ (jopa sinä kuvaat niitä kvanttimekaanisesti herätehiukkasten suhteen) ). Et pääse kiertämään määritelmää siitä, että _ei ole helposti fyysisesti erotettavissa_, mikä on todellakin subjektiivista - mutta niin ovat myös monet kemian määritelmät.
Siksi määritelmässäni ei käytetä sanaa "helposti". NaCl: n ioneja ei voida fyysisesti erottaa helposti tai muuten.
Eikö vesi ole puhdas aine, jos se sisältää happi-18-vety-2-isotooppeja? Eikö asetoni ole puhdas aine, jos osa siitä tasapainottuu enolimuotoonsa?
#2
+7
Greek Fellows
2013-01-04 15:44:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Puhdas aine on yksinkertaisesti aine, joka koostuu molekyyleistä tai suoraan vain yhden tyyppisistä atomista. Timantti on puhdas aine, koska se koostuu suoraan hiiliatomeista. Suolavesi ei johdu siitä, että se sisältää natriumkloridia ja vettä.

Mutta maailmassa ei ole melkein 100-prosenttisesti puhdasta ainetta (Poikkeuksia on, koska molekyylejä voi olla vain yksi tai kaksi ja voit kutsua sitä aine), joten yleensä tunnistamme suhteellisen puhtaat aineet puhtaiksi aineiksi

"Puhtaan aineen" määritelmä näyttää olevan melko subjektiivinen. Löysin nyt muutaman näistä vaihtelevista tapauksista. Yksi on kuin olen todennut julkaisussa Cengel ja Boles. Van Wylen sanoo oppikirjassaan, että esimerkiksi ilmaa voidaan käsitellä puhtaana aineena, koska sitä ei voida erottaa sen aineosiksi kaasumaisessa muodossa. Nestemäisessä muodossa ilma EI ole puhdas aine.
#3
+4
user1915639
2013-04-19 00:36:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

On täysin mahdollista, että kokonaan yhdestä alkuaineesta koostuva materiaali on "epäpuhdas" - esimerkiksi hiilinanoputkien, grafiitin ja buckyballien seosta tuskin voidaan kutsua "puhtaaksi" huolimatta siitä, että se on valmistettu vain hiilestä. Joissakin sovelluksissa edes erityyppisten tai pituisten hiilinanoputkien sekoitus ei ole tarpeeksi "puhdasta".

Toisaalta voit ostaa kaupoista "puhdasta" appelsiinimehua, joka ei ole täysin yksi elementti eikä kokonaan yksi molekyyli. Itse asiassa "puhdas (tiivisteestä)" appelsiinimehu ei edes koostu kokonaan appelsiinista puristetuista tavaroista. Joten "puhtaus" on itse asiassa kysymys siitä, miten määrität sen.

Termodynamiikkaa varten "puhtaus" on eräänlainen järjestys - jos tämä järjestys menetetään sekoittamalla kaksi puhdasta ainetta yhteen, se vie työtä sekoittamaan ne. Vastaavasti huolella suunnitellulla koneella on mahdollista hyödyntää entrooppinen "voima" sekoittamisen hyväksi tuottamaan hyödyllistä työtä. kemialliset prosessit soluissa, on yleisin esimerkki (vaikka tässä tapauksessa se kehitettiin pikemminkin kuin suunniteltu). Raa'ana yhteenvetona se käyttää happoa ja vettä sekoittamalla vapautuvaa energiaa roottorin käyttämiseen, mikä kääntäessään pakottaa ADP: n ja fosfaatin muodostamaan ATP: tä. (Happo syntyy prosessin aikaisemmissa vaiheissa.)

#4
+1
kaine
2013-01-03 20:57:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Laboratoriossa puhumattomat aineet ovat mitä tahansa aineita, joissa ei ole epäpuhtauksia.

Toisin sanoen: puhdas vesi on 100% $ \ ce {H2O} $ eikä siinä ole mitään muuta; puhdas asetoni on 100% asetonia.

Käytämme termiä kuitenkin usein tunnettujen seosten suhteen. Voidaan sanoa, että meillä on puhdasta savea siitä huolimatta, että savessa on useita TUNNETTUJA komponentteja, koska ei ole (käytännössä) epäpuhtauksia, joita ei olisi tunnistettu tai jotka häiritsisivät kokeitamme.

Olisin varovainen kuvaillessani seoksen puhtaana, ellei tiedä, että kaikki ovat samalla sivulla. Puhdas vesijohtovesi kuulostaa absurdilta, mutta puhdas ilma, öljy, tuote tai kumi ei.

#5
  0
user1528
2013-04-21 01:10:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pohjimmiltaan puhdas aine tarkoittaa tässä yhteydessä ainetta, joka on aina saatavilla. Kuten nopeuslaissa, sanotaan vesi, jos liuotinta on aina saatavilla. Silloin nopeus ei riipu veden pitoisuudesta, koska se on aina käytettävissä. Siksi sen toimintaa voidaan pitää 1. Eräissä oppikirjoissa viitataan fysikaalisen kemian puhtaisiin aineisiin tässä mielessä.



Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...