Смеша

Смеша или смеса је скуп две или више различите супстанце, за разлику од чистих (простих) супстанци које сачињава само један елемент или једно једињење.^[1] Смеша је физичка комбинација две или више супстанци у којима се задржавају идентитети и мешају у облику раствора, суспензија и колоида.^[2]^[3]

Смеше су један производ механичког блендирања или мешања хемијских супстанци као што су елементи и једињења, без хемијског везивања или других хемијских промена, тако да свака супстанца састојка задржава сопствена хемијска својства и састав.^[4] Упркос чињеници да нема хемијских промена у њеним састојцима, физичка својства смеше, као што је тачка топљења, могу се разликовати од оних компоненти. Неке смеше се могу раздвојити на своје компоненте коришћењем физичких (механичких или термичких) средстава. Азеотропи су једна врста мешавине која обично представља значајне потешкоће у погледу процеса раздвајања који су потребни за добијање њихових састојака (физички или хемијски процеси или чак њихова мешавина).^[5]^[6]^[7]

Особине смеша

Особине смеша су адитивне, односно, она задржава особине свих супстанци које је чине. Тако ће водени раствор шећера имати особине и шећера и воде.^[8]

Све смеше се могу окарактерисати као одвојиве механичким средствима (нпр. пречишћавање, дестилација, електролиза, хроматографија, топлота, филтрација, гравитационо сортирање, центрифугирање).^[9]^[10] Смеше се разликују од хемијских једињења на следеће начине:

супстанце у смеши се могу раздвојити коришћењем физичких метода као што су филтрација, замрзавање и дестилација;
постоји мала или никаква промена енергије када се формира смеша (погледајте енталпија мешања);
Супстанце у смеши задржавају своја посебна својства.

У примеру песка и воде, ниједна од две супстанце се ни на који начин није променила када су помешане. Иако је песак у води, он и даље задржава иста својства која је имао када је био ван воде;

смеше имају променљив састав, док једињења имају фиксну, одређену формулу;
када се мешају, појединачне супстанце задржавају своја својства у смеши, док ако формирају једињење њихова својства могу да се промене.^[11]

Следећа табела показује главна својства и примере за све могуће комбинације фаза три „породице” смеша:

Табела смеша
Дисперзиони медијум (мешавина фаза)	Растворена или диспергована фаза	Раствор	Колоид	Суспензија (груба дисперзија)
Гас	Гас	Гасна смеша: ваздух (кисеоник и други гасови у азоту)	Не	Не
	Течност	Не	Течни аеросол:^[12] магла, измаглица, пара, спреј за косу	Спреј
	Чврст материјал	Не	Чврсти аеросол:^[12] дим, ледени облак, прахови у ваздуху	прашина
Течност	Гас	Раствор: кисеоник у води	ликвидна пена: Шлаг, пена за бријање	морска пена, пивска пена
	Течност	Раствор: алкохолна пића	Емулзија: млеко, мајонез, крема за руке	Винегрет
	Чврст материјал	Раствор: шећер у води	Ликвид сол: пигментисано мастило, крв	Суспензија: муљ (честице тла суспендоване у води), кредни прах суспендован у води
Чврст материјал	Гас	Раствор: водоник у металима	Чврста пена: Аерогел, стиропор, пловућац	Пена: суви сунђер
	Течност	Раствор: амалгам (жива у злату), хексан у парафинском воску	Гел: агар, гелатин, силикагел, опал	Wet sponge
	Чврст материјал	Раствор: легуре, пластификатори у пластикама	Чврсти сол: чаша од бруснице	Глина, блато, песак, шљунак, гранит

Састав

За разлику од једињења, чији су састојци увек сједињени у одређеним односима, смеша је супстанца која не мора да има сталан састав при различитим добијањима. Чак и однос кисеоника и азота у ваздуху није увек сталан, што указује на то да је ваздух смеша (ово је показао Роберт Бунзен 1846. године).^[8]

Хомогене и хетерогене смеше

Смеше су обично хетерогене, што значи да се јасно могу уочити разлике између супстанци које их чине. На пример, лако је уочити у смеши песка и шећера, које су честице песка, а које шећера. Хомогена је она смеша код које један део има потпуно исти састав и особине као сваки други део. Дешава се да су састојци неке смеше довољно мали да се не могу видети голим оком, па такве смеше изгледају хомогено. Такав је случај са крвљу. Под микроскопом се види да крв сачињава безбојна течност са суспендованим честицама. Сличан је случај и са млеком. Примери за праве хомогене смеше (јер се хетерогеност не може доказати) су неки водени раствори (шећера, соли итд.).^[8]

У физичкој хемији и науци о материјалима, „хомоген” уже описује супстанце и смеше које су у једној фази.^[13]

Дијаграм који на микроскопском нивоу представља разлике између хомогених смеша, хетерогених смеша, једињења и елемената

Решење

Раствор је посебна врста хомогене смеше где однос растворене супстанце и растварача остаје исти у целом раствору и честице нису видљиве голим оком, чак и ако су хомогенизоване са више извора. У растворима, растворене материје се неће исталожити ни након неког временског периода и не могу се уклонити физичким методама, као што су филтер или центрифуга.^[14] Као хомогена смеша, раствор има једну фазу (чврсту, течну или гасовиту), иако су фазе растворене супстанце и растварача у почетку могле бити различите (нпр. слана вода).

Добијање смеша

Ослобађање гаса, топлоте, зрачења светлости или стварање струје су појаве које обично прате неку хемијску реакцију. Уколико не дође до ових појава приликом мешања супстанци, претпоставља се да се није десила хемијска реакција, већ да се направила смеша.^[8]

Раздвајање састојака смеша

Састојци у смеши се раздвајају коришћењем физичких промена супстанци. При томе се могу користити различита физичка својства, као што су магнетизам, специфична тежина, (не)растворљивост у одговарајућим растварачима, тачка мржњења, као и методе: дестилација, ликвација, дифузија, елутрација, флотација.^[8]

Разликовање типова смеша

Прављење разлике између хомогених и хетерогених смеша је питање обима узорковања. На довољно грубој скали, за сваку мешавину се може рећи да је хомогена, ако се цео артикал рачуна као његов „узорак“. На довољно финој скали, за сваку смешу се може рећи да је хетерогена, јер узорак може бити мали као један молекул. У практичном смислу, ако је својство смеше од интереса исто, без обзира на то који се узорак узима за испитивање, смеша је хомогена.

Гијева теорија узорковања квантитативно дефинише хетерогеност честице као:^[15]

h_{i}={\frac {(c_{i}-c_{\text{batch}})m_{i}}{c_{\text{batch}}m_{\text{aver}}}},

где су $h_{i}$ , $c_{i}$ , $c_{\text{batch}}$ , $m_{i}$ , и $m_{\text{aver}}$ респективно: хетерогеност $i$ -те честице популације, масена концентрација својства од интереса у $i$ -тој честици популације, масена концентрација својства од интереса у популацији, маса $i$ -те честице у популацији и просечна маса честице у популацији.

Током узорковања хетерогених смеша честица, варијанса грешке узорковања је генерално различита од нуле.

Пјер Ги је извео, из Поасоновог модела узорковања, следећу формулу за варијансу грешке узорковања у концентрацији масе у узорку:

V={\frac {1}{(\sum _{i=1}^{N}q_{i}m_{i})^{2}}}\sum _{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},

у којој је V варијанса грешке узорковања, N је број честица у популацији (пре узимања узорка), q_i је вероватноћа укључивања i-те честице популације у узорак (тј. инклузиона вероватноћа првог реда). вероватноћа ith particle), m_i is the mass of the ith particle of the population and a_i is the mass concentration of the property of interest in the ith particle of the population.-те честице), m_i је маса i-те честице популације и a_i је масена концентрација особине од интереса у i-ој честици популације.

Референце

^ IUPAC. „mixture”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
^ Whitten K.W., Gailey K. D. and Davis R. E. (1992). General chemistry (4th изд.). Philadelphia: Saunders College Publishing. ISBN 978-0-03-072373-5.
^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geography (2002). General chemistry: principles and modern applications (8th изд.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308.
^ De Paula, Julio; Atkins, P. W. (2002). Atkins' Physical Chemistry (7th изд.). ISBN 978-0-19-879285-7.
^ Alberts B.; et al. (2002). Molecular Biology of the Cell, 4th Ed. Garland Science. ISBN 978-0-8153-4072-0.
^ Laidler K. J. (1978). Physical chemistry with biological applications. Benjamin/Cummings. Menlo Park. ISBN 978-0-8053-5680-9.
^ Weast R. C., Ed. (1990). CRC Handbook of chemistry and physics. Boca Raton: Chemical Rubber Publishing Company. ISBN 978-0-8493-0470-5.
^ ^а ^б ^в ^г ^д Паркес, Г. Д. & Фил, Д. 1973. Мелорова модерна неорганска хемија. Научна књига. Београд.
^ Pleasants, Julian M, ур. (2017). Home Front. ISBN 9780813054254. doi:10.5744/florida/9780813054254.003.0003.
^ Ashworth, William; Littl1, Charles E., ур. (2001). „Mixture”. The Encyclopedia of Environmental Studies. Online publisher:Science Online. Facts on File, Inc.
^ „Definition of mixture - Chemistry Dictionary”. www.chemicool.com. Приступљено 2018-11-30.
^ ^а ^б Everett, D. H. (23. 7. 1971). Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units. Appendix II Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry. Part I (Извештај). London: International Union of Pure and Applied Chemistry: Division of Physical Chemistry. Архивирано (PDF) из оригинала 28. 10. 2016. г. Приступљено 28. 10. 2016.
^ Lew, Kristi (2009). „Homogeneous”. Acids and Bases, Essential Chemistry. New York: Chelsea House Publishing. Online publisher: Science Online. Facts on File, Inc. ISBN 978-0-7910-9783-0. access date: 2010–01-01
^ William Ashworth; Charles E. Little (2001). Solution (chemistry), Encyclopedia of Environmental Studies, New Edition. Online publisher:Science Online. Facts on File, Inc. access date: 2010–01-01
^ Gy, P (1979). Sampling of Particulate Materials: Theory and Practice. Amsterdam: Elsevier.

Литература

IUPAC. „solution”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
„Homogenization”, Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Online Academic Edition, Encyclopædia Britannica Inc., Приступљено 6. 10. 2013
McClements, David J. (2008). „Lipid-Based Emulsions and Emulsifiers”. Ур.: Akoh, Casimir C.; Min, David B. Food Lipids: Chemistry, Nutrition, and Biotechnology. Food Science and Technology (Third изд.). Boca Raton, Florida: CRC. стр. 77. ISBN 978-1420046649.
„Various Mixing Experiments”. Bakker.org. 1998-04-10. Архивирано из оригинала 26. 6. 2017. г. Приступљено 2017-06-23.
„Batch and continuous solids mixing comparison - Powder Mixing”.
„Powder Mixing - Design - problem solving - Ribbon blender, Paddle mixer, Drum blender, Froude Number - PowderProcess.net”. www.powderprocess.net. Архивирано из оригинала 28. 9. 2017. г. Приступљено 26. 4. 2018.
„Stirred Vessels”. Bakker.org. 1998-04-10. Архивирано из оригинала 14. 8. 2017. г. Приступљено 2017-06-23.
Tamburini, A. (2012). „CFD Predictions of Sufficient Suspension Conditions in Solid-Liquid Agitated Tanks”. International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation. 13 (6). S2CID 125170997. doi:10.1515/ijnsns-2012-0027.
Zwietering, T.N. (1958). „Suspending of solid particles in liquid by agitators”. Chemical Engineering Science. 8 (3–4): 244—253. doi:10.1016/0009-2509(58)85031-9.
Barresi, A. (1987). „Solid dispersion in an agitated vessel”. Chemical Engineering Science. 42.
Magelli, F. (1991). „Solids Concentration Distribution in Slurry Reactors Stirred with Multiple Axial Impeller”. Chem. Eng. Process. 29: 27—32. doi:10.1016/0255-2701(91)87003-L.
Cekinski, E. (2010). „A new approach to characterize suspensions in stirred vessels based on computational fluid dynamics”. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 27 (2): 265—273. doi:10.1590/S0104-66322010000200005.
Macqueron, C. (2018). „Solid-Liquid Mixing in Stirred Vessels: Numerical Simulation, Experimental Validation and Suspension Quality Prediction Using Multivariate Regression and Machine Learning”. Research Gate. doi:10.13140/RG.2.2.11074.84164/1.

Спољашње везе

„Genizer Homogenization Technology”.

[1] IUPAC. „mixture”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).

[2] Whitten K.W., Gailey K. D. and Davis R. E. (1992). General chemistry (4th изд.). Philadelphia: Saunders College Publishing. ISBN 978-0-03-072373-5.

[3] Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geography (2002). General chemistry: principles and modern applications (8th изд.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308.

[4] De Paula, Julio; Atkins, P. W. (2002). Atkins' Physical Chemistry (7th изд.). ISBN 978-0-19-879285-7.

[Alberts-5] Alberts B.; et al. (2002). Molecular Biology of the Cell, 4th Ed. Garland Science. ISBN 978-0-8153-4072-0.

[Laider-6] Laidler K. J. (1978). Physical chemistry with biological applications. Benjamin/Cummings. Menlo Park. ISBN 978-0-8053-5680-9.

[Weast-7] Weast R. C., Ed. (1990). CRC Handbook of chemistry and physics. Boca Raton: Chemical Rubber Publishing Company. ISBN 978-0-8493-0470-5.

[мел-8] а ^б ^в ^г ^д Паркес, Г. Д. & Фил, Д. 1973. Мелорова модерна неорганска хемија. Научна књига. Београд.

[9] Pleasants, Julian M, ур. (2017). Home Front. ISBN 9780813054254. doi:10.5744/florida/9780813054254.003.0003.

[mixture-10] Ashworth, William; Littl1, Charles E., ур. (2001). „Mixture”. The Encyclopedia of Environmental Studies. Online publisher:Science Online. Facts on File, Inc.

[11] „Definition of mixture - Chemistry Dictionary”. www.chemicool.com. Приступљено 2018-11-30.

[PDF1-12] а ^б Everett, D. H. (23. 7. 1971). Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units. Appendix II Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry. Part I (Извештај). London: International Union of Pure and Applied Chemistry: Division of Physical Chemistry. Архивирано (PDF) из оригинала 28. 10. 2016. г. Приступљено 28. 10. 2016.

[define-13] Lew, Kristi (2009). „Homogeneous”. Acids and Bases, Essential Chemistry. New York: Chelsea House Publishing. Online publisher: Science Online. Facts on File, Inc. ISBN 978-0-7910-9783-0. access date: 2010–01-01

[solution-14] William Ashworth; Charles E. Little (2001). Solution (chemistry), Encyclopedia of Environmental Studies, New Edition. Online publisher:Science Online. Facts on File, Inc. access date: 2010–01-01

[15] Gy, P (1979). Sampling of Particulate Materials: Theory and Practice. Amsterdam: Elsevier.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]