Особо чистые вещества

Вещество – вид материи, которая обладает массой покоя.
Вещества подразделяются на простые, образованные атомами одного и того же элемента, и сложные, образованные разными элементами. Сложные вещества могут иметь постоянный состав (дальтониды) или меняющийся в некоторых пределах (нестехиометрические соединения, бертоллиды).
!!Химия занимается изучением веществ, организованных в атомы, молекулы, ионы, радикалы и тому подобные частицы.

Осознание чистоты вещества как понятия
Вещество → индивидуальное вещество → основное вещество, смесь веществ, примесь → особо чистое вещество → высокочистое вещество → абсолютно чистое вещество.

Индивидуальное вещество – химическое вещество, состоящее из атомов или молекул строго определенного типа, которое по набору присущих ему свойств отличается от всех остальных известных веществ.
Изначально это понятие базируется на законе постоянства состава – закон Пруста (1806 г.), который гласит:
любое чистое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же химических элементов, причем отношения их масс постоянны, а относительные числа их атомов выражаются целыми числами.

Основное вещество – индивидуальное вещество, на которое в конкретном образце приходится преобладающая доля массы, объема, атомов, молекул.
Примесью является вещество, которое можно выделить из основного и свойства которого отличаются от свойств основного вещества.
Фазовая чистота – доля образца, занимая включениями другой фазы. Фаза – гомогенная часть термодинамически равновесной гетерогенной системы, характеризующаяся одинаковыми физическими и химическими свойствами.

Особо чистые вещества – индивидуальные вещества с низким содержанием одной примеси или группы примесей.
Высокочистые вещества – индивидуальные вещества с предельно низким на данное время содержанием суммы примесей, подвергнутые целенаправленной очистке от всех примесей.
Абсолютно чистые вещества – индивидуальные вещества с нулевым содержанием примесей.
!!!!Это абстракция.

!!!Нет и не может быть абсолютно чистых веществ.
Свободная энергия Гиббса G = G0 + RTlnγx,
здесь γ – коэффициент активности.
следовательно, разность энергий Гиббса для веществ, отличающихся степенью чистоты (содержанием примесей)
A = G1 − G2 = RTlnγx1/x2.
при х2 → 0 А → ∞.
Особо чистые вещества можно рассматривать как предельно разбавленные растворы.

В химически чистом веществе
γосн = const ~ 1;
γприм = f(xn)
В особо чистом веществе
γприм = const, но не равно 1.
Активность а связана с общей концентрацией с формальным соотношением
a=fc,
где f - коэффициент активности. При с → 0 величина а → с, так что f →1, т. е. для предельно разбавленных растворов активность по числовой величине совпадает с концентрацией, а коэффициент активности равен единице.
Активность а не имеет физического смысла. Тем не менее можно говорить о том, что для не очень концентрированных растворов чем больше активность а отличается от концентрации с или (что то же самое по смыслу) чем больше коэффициент активности f отличается от единицы, тем сильнее свойства реального раствора отличаются от свойств идеального раствора.

Химический потенциал
Химический потенциал (µi) - термодинамическая функция, применяемая при описании состояния систем с переменным числом частиц. В случае системы, состоящей из i компонентов, химический потенциал определяется как приращение внутренней энергии U системы при добавлении к системе бесконечно малого количества молей i-того компонента, отнесённое к этому количеству вещества, при постоянных объёме V, энтропии S и количествах молей каждого из остальных компонентов nj.

Виды примесей. «В каждой капле, в каждой частице можно обнаружить все или почти все химические элементы...» (В.И. Вернадский)
1. Генетические примеси - природные спутники элемента.
2. Примеси наиболее распространенных элементов (O, Si, Al, Fe, Ca, Na) – присутствуют в сырье и вносятся из реактивов и окружающей среды. Их отделение – очень трудная задача.
3. Лимитирующие примеси - присутствие их в концентрации выше известного предела делает вещество непригодным для употребления.

Единой международной классификации веществ по степени чистоты не существует.
Есть два подхода:
исходя из влияния примесей на свойства веществ;
исходя из количественного содержания примесей.
Препарат – это соединение или (смесь соединений), применяемых для исследований и в анализе.
Реактивы – это в принципе то же самое, но они регламентированы Росстандартом, в котором установлены допустимые количества примесей и методы их контроля.

По степени чистоты, процентному содержанию основного вещества и содержанию допустимых примесей реактивы классифицируются следующим образом:
Чистый, «Ч» − содержание основного вещества 98%; температура плавления может отклоняться на 1 – 3°С от справочного значения; нелетучий остаток составляет 0.1 – 0.5%.
Чистый для анализа, «ЧДА» − содержание основного вещества 99%; содержание отдельных примесей лимитируется.
Химически чистый, «ХЧ» − содержание основного вещества выше 99%; содержание отдельных примесей находится на уровне 10-3 – 10-5%; содержание нелетучего остатка для жидких реактивов – до 0.1%.

Особо чистый, «ОСЧ» − содержание примесей – от 10-5 до 10-9%.
1 процент – 1 частица на 100 частиц – 1%
1 промилле – 1 частица на 1000 частиц – 0.1%
1 ppm (part per million) – 10-4 %
1ppb (part pro billion) – 10-7 %
1ppt (part pro trillion) – 10-10 %
Мольная доля – это концентрация, выраженная отношением числа молей вещества к общему числу молей всех веществ, содержащихся в смеси.

Чувствительность (%%) физико-химических методов, применяемых для анализа веществ высокой чистоты
Спектрофотометрический 10-3 - 10-4
Полярографический 10-3 - 10-6
Спектральный 10-3 - 10-5
Пламенная фотометрия 10-3 - 10-4
Изотопное разбавление 10-3 - 10-4
Люминесцентный 10-3 - 10-5
Кинетический 10-5 - 10-7
Радиоактивный 10-6 - 10-8
Масс-спектральный 10-6 - 10-8
Атомно-абсорбционная спектроскопия 10-5 - 10-6