„Termodynamika to podejście inżynierskie, Cengel i Boles” definiuje czystą substancję jako substancję o takim samym składzie chemicznym.

To jest poprawna definicja czystej substancji . Jednak powietrze, niezależnie od fazy, nie jest substancją czystą.

Cała materia jest klasyfikowana jako „czysta” substancja lub mieszanina. Słowo „czysty” przed słowem „substancja” jest niepotrzebne, ponieważ definicja substancji zakłada czystość. Substancja to próbka o jednorodnym składzie chemicznym. Innymi słowy, wszystkie cząstki tej próbki są takie same pod względem chemicznym (niezależnie od tego, czy są to atomy, cząsteczki, sieci jonowe, czy to, co masz). Substancji nie można rozdzielić na prostsze składniki żadnym procesem fizycznym (tj. Bez zrywania wiązań chemicznych). Mieszaniny to próbki zawierające dwie lub więcej substancji. Wszystkie mieszaniny można fizycznie oddzielić, chociaż może to nie być ani łatwe, ani praktyczne.

Powietrze jest mieszaniną azotu ($ \ ce {N2} $), tlen ($ \ ce {O2} $), dwutlenek węgla ($ \ ce {CO2} $), argon ($ \ ce {Ar} $), para wodna i ślady innych gazów. Każdy z tych gazów z osobna jest substancją. Powietrze można łatwo (ale nie w zaciszu własnego domu) podzielić na części składowe. Chłodzące powietrze spowoduje kondensację składników składowych w coraz niższej temperaturze: najpierw para wodna, a następnie $ \ ce {CO2} $ (195 K), a następnie $ \ ce {Kr} $ (120 K), $ \ ce {O2} $ i $ \ ce {CH4} $ (90 tys.), $ \ ce {Ar} $ (87 tys.), $ \ ce {N2} $, $ \ ce {Ne} $ (27 tys.) , $ \ ce {H2} $ (20 tys.) i $ \ ce {He} $ (4 tys.).

Ponieważ każda substancja skrapla się z powietrza, można ją fizycznie oddzielić od pozostałego gazu, co zmniejsza złożoność mieszaniny. Każda substancja powracająca do stanu gazowego oddzielnie od pierwotnej mieszaniny jest fizycznie i chemicznie różna od pierwotnej mieszaniny (lub tego, co z niej zostało). Takie fizyczne rozdzielenie nie musi być łatwe, aby powietrze stało się mieszaniną, musi być możliwe”.

Czysta substancja nie przejawia takiego zachowania. Gdy czysta woda jest schładzana, przechodzi przemianę fazową w lód, który można fizycznie oddzielić od wody w stanie ciekłym. Jednak próbki stałe i ciekłe to nadal woda. Nie zmniejszyłeś złożoności próbki, po prostu zmieniłeś jej formę. Jeśli pozwolisz, aby oddzielona woda w stanie stałym stopiła się, będzie ona fizycznie i chemicznie nie do odróżnienia od oryginalnej próbki wody. Czystej wody nie można rozdzielić na inne chemicznie odrębne substancje bez przeprowadzenia reakcji chemicznej, co oznacza zerwanie i utworzenie wiązań między atomami.

Większość materii, z którą oddziałujemy na co dzień, składa się z mieszanin.

W kuchni napotykamy kilka czystych substancji. Cukier stołowy to pojedynczy związek (sacharoza). Podobnie jak sól kuchenna (chlorek sodu), soda oczyszczona (wodorowęglan sodu) i śmietana z kamienia nazębnego (dwuwinian potasu). Woda jest substancją czystą, o ile została oczyszczona. Większość wody, którą napotykamy, zawiera rozpuszczone inne substancje.

Złoto (o ile ma 24K) jest czystą substancją elementarną. Podobnie jak diament (węgiel), grafit (także węgiel) i neon w neonów. Wszystkie minerały to czyste substancje, w tym azbest. Szkło to czysta substancja. Większość kamieni szlachetnych to czyste substancje.

Po prostu czysta substancja to substancja złożona z cząsteczek lub bezpośrednio z atomów tylko jednego rodzaju. Diament to czysta substancja, ponieważ bezpośrednio składa się z atomów węgla. Słona woda nie występuje, ponieważ zawiera chlorek sodu i wodę.

Ale na świecie nie ma prawie w 100% czystej substancji (istnieją wyjątki, ponieważ może być tylko jedna lub dwie cząsteczki i można to nazwać substancja), dlatego zwykle uznajemy substancje względnie czyste za substancje czyste.

Jest całkiem możliwe, że materiał składający się w całości z jednego pierwiastka jest „nieczysty” - na przykład mieszanina nanorurek węglowych, grafitu i kulek kulkowych trudno nazwać „czystym”, mimo że jest wykonana tylko z węgla. W niektórych zastosowaniach nawet mieszanina różnych typów lub długości nanorurek węglowych nie jest wystarczająco „czysta”.

Z drugiej strony można kupić „czysty” sok pomarańczowy w sklepach, który nie jest całkowicie jeden pierwiastek lub całkowicie jedna cząsteczka. W rzeczywistości „czysty (z koncentratu)” sok pomarańczowy nie składa się nawet w całości z rzeczy wyciśniętych z pomarańczy. Zatem „czystość” jest w rzeczywistości kwestią tego, jak ją zdefiniujesz.

Dla celów termodynamiki „czystość” jest rodzajem porządku - jeśli ten porządek zostanie utracony przez zmieszanie dwóch czystych substancji, wymaga to pracy aby je rozmieszać. I odwrotnie, dzięki starannie zaprojektowanej maszynie możliwe jest wykorzystanie entropicznej „siły” na korzyść mieszania w celu wygenerowania użytecznej pracy. ATPaza, enzym, który wykonuje ostatni etap konwersji energii żywnościowej na ATP, „walutę” energii wewnętrznej używanej przez najbardziej rozpowszechnionym przykładem są procesy chemiczne zachodzące w komórkach (chociaż w tym przypadku zostały one opracowane, a nie zaprojektowane). Podsumowując, wykorzystuje energię uwolnioną przez zmieszanie kwasu i wody do napędzania wirnika, który po obróceniu zmusza ADP i fosforan do tworzenia ATP. (Kwas powstaje na wcześniejszych etapach procesu.)

W laboratorium rozumiemy czystą substancję jak każdą substancję bez zanieczyszczeń.

To znaczy: czysta woda to 100% $ \ ce {H2O} $ i nic innego w niej nie zawiera; czysty aceton to w 100% aceton.

Jednak często używamy tego terminu w odniesieniu do znanych mieszanin. Można powiedzieć, że mamy czystą glinę pomimo gliny zawierającej kilka ZNANYCH składników, ponieważ nie ma (praktycznie) żadnych zanieczyszczeń, które nie zostały zidentyfikowane lub które mogłyby zakłócić nasze eksperymenty.

Byłbym ostrożny opisując mieszaninę jako czystą, jednak chyba że wiesz, że wszyscy są na tej samej stronie. Czysta woda z kranu brzmi absurdalnie, ale czyste powietrze, olej, produkt lub guma już nie.

Zasadniczo czysta substancja w tym kontekście oznacza substancję, która jest zawsze dostępna. Tak jak w przypadku prawa dotyczącego szybkości, jeśli rozpuszczalnik jest zawsze dostępny, powiedzmy, że woda. Wtedy szybkość nie będzie zależeć od stężenia wody, ponieważ jest ona zawsze dostępna. Stąd jego aktywność można uznać za 1. Niektóre podręczniki odnoszą się do czystych substancji w chemii fizycznej w tym sensie.