Lecture 4Lecture 4
Classification ofMixtures
Solutions
Solubility
Water Treatment
16_00CO-P
MixturesMixtures
Mixture: a combination oftwo or more substances inwhich each substanceretains its own properties.
Most materials are mixtures.
coffee-cup-01
16_UnFigure_p382-F
Compound
Element
Mixture
16_01Figure-P
16_04Figure-F
The formation of a mixture is considered aphysical change.
No new substance is formed – mixtures do not formfrom chemically bonded atoms.
Each substance retains its chemical identity.
Can be separated by physical means.
Separating MixturesSeparating Mixtures
Filtration: use of a filter inthe separation of a solid-liquid mixture.
Commonly part of the water-purification process.
800px-Coffee_Filter_2006_09_09.JPG
800px-Coffee-filter.jpg
Separating MixturesSeparating Mixtures
Distillation:
Takes advantage of differences in boiling or meltingpoints (ex. water boils at 100°C, salt melts at 800°C).
Heat seawater to 100°C and water becomes a vaporwhile salt is left behind.
Water vapor is collected, cooled, and condensed intopure liquid water.
16_05Figure-P
16_06_Figure.jpg
Classification of MatterClassification of Matter
Pure: consists of only a single element ora single compound.
Impure: a mixture containing 2 or moreelements and compounds.
Classification of MatterClassification of Matter
Heterogeneous Mixture: different componentsof mixture are distinguishable.
16_08Figurea-P
Classification of MatterClassification of Matter
Homogeneous Mixture: mixture with the samecomposition throughout – individual componentsare not visible.
16_08_FigureB.jpg
Classification of MatterClassification of Matter
Solution: a homogeneous mixture in which allcomponents are in the same phase.
Examples: salt water, metal alloys, air
Suspension: a homogeneous mixture in whichthe different components are in different phases.
Examples: milk, fog, blood
Ruby_-_Winza,_Tanzania.jpg
Ruby = a solid solutionof aluminum oxide andred chromiumcompounds.
Solutions can be solids, liquids, or gases.
16_09_Figure.jpg
The path of light made visible by a suspension.
16_10Figure-F
16_07Figure-F
SolutionsSolutions
Solvent: (dissolves other materials) componentof a solution present in the greatest quantity.
Example: water
Solute: (gets dissolved) present in lesseramounts.
Example: salt
16_13Figure-F
Saturated Solution: a solution in which no more solutecan be dissolved.
Unsaturated Solution: a solution that has not reachedthe limit of solute that can be dissolved.
SolutionsSolutions
Concentration: the amount of solutedissolved per amount of solution.
amount of solute / amount solution
Example: a solution of sugar-water has 2gof sucrose per liter of solution.
SolubilitySolubility
Solubility: the ability of a solute to dissolvein a solvent.
Solubility depends on:
electrical attractions between solute and solventparticles.
attraction of solute particles for one another.
attraction of solvent particles for one another.
FG05_18
Sucrose molecules held together by multiple stronghydrogen bonds.
Multiple H2O molecules needed to pull sucrosemolecules away from one another.
Places a limit on how much sucrose can be dissolved.
16_11_Figure.jpg
SolubilitySolubility
Infinitely soluble:
When attractions between solute moleculesare similar to attractions between solventmolecules.
Examples: water and ethanol, gases inatmosphere.
16_17Figure-F
Infinitely soluble: Can be mixed in any proportions.
A_Glass_of_Whiskey_on_the_Rocks.jpg
full-glass-of-water.jpg
files_product_large_images_35612_0625680.jpg
O2 and Water:
Only 0.004 g of Ocan
dissolve in 100 mL of water.
Relatively weak  attractions between O(nonpolar)and H2O (polar).
Water molecules have stronger attractions for oneanother.
15_36Figure-P
Oil-and-Water1.jpg
SolubilitySolubility
Insoluble: a material that does notdissolve in a specific solvent.
Example: sand and glass are insoluble inwater.
However, sand and glass are soluble in HFacid.
16_19_Figure.jpg
16_18_Figure.jpg
SolubilitySolubility
Solubility changes with temperature.
Many water-soluble solids dissolve more easilyin hot water than in cold water.
Water molecules move more rapidly.
More violent collisions with solute molecules.
Collisions disrupt bonds between solute molecules.
16_20Figure-F
Some water-soluble solids become lesssoluble as water temperature increases.
Calcium Carbonate (CaCO3) precipitates outof solution as a solid at higher temperatures.
HardWater01.jpg
Hard_water_and_drop.jpg
SolubilitySolubility
Precipitate: solid residue formed whenthe solubility of a solid substancedecreases in a solution.
Caused by changes in:
temperature.
concentration.
16_21Figure-F
SolubilitySolubility
The solubility of gases in liquids decreaseswith increasing temperature.
gas molecules are ejected by the increasinglyenergetic  solvent molecules.
Example: carbonated beverages go flat fasterwhen warm.
16_Table01-T
SolubilitySolubility
Solubility of a gas also depends on thepressure of the gas above the liquid.
Higher pressures allow for more gas to bedissolved - more gases forced into solution.
16_22Figure-F
SolubilitySolubility
When a gas solutecomes out of solutionit forms bubbles –“fizzing”.
Gas molecules collecttogether formingbubbles that rise tothe surface due tolower density.
Soda_bubbles_macro
water-drop-image.jpg
Water PurificationWater Purification
One of the most important global issues is thesupply of clean freshwater for growingpopulation and economy.One of the most important global issues is thesupply of clean freshwater for growingpopulation and economy.
Water PurificationWater Purification
Removal of solids (dirt, bacteria) insuspension.
16_27Figure-F
Water PurificationWater Purification
Filter water throughsand and gravel.
Odor and flavorimproved by aeratingthe water – some airdissolved into water.
16_28Figure-P
Water PurificationWater Purification
Disinfected with Cl2 or sometimes O3.
Many diseases are contracted by drinkingcontaminated water.
Example: in the early 1990’s, when the Perugovernment stopped the chlorination of itswater supply, there were 1.3 million newcases of cholera and 13,000 deaths.
16_29Figure-F
Disinfection by exposure to UV radiation.Disinfection by exposure to UV radiation.
800px-Indonesia-sodis-gross.jpg
Disinfection of water by exposure to solar UV radiation.
DesalinationDesalination
Greatest water reserves contain seawater andbrackish (moderately salty) water.
Two processes for removing salts:
Distillation
Reverse Osmosis
Also important methods for removingcontaminants such as fertilizers and pesticides.
saudi power plant.JPG
DesalinationDesalination
Distillation:Distillation:
Very energy-intensive because of water’s highheat of vaporization and high heat capacity.Very energy-intensive because of water’s highheat of vaporization and high heat capacity.
Many distillation plants require the burning oflarge quantities of fossil fuels.Many distillation plants require the burning oflarge quantities of fossil fuels.
DesalinationDesalination
Solar Distillers: require about 1 m2surface area to produce 4 L of fresh waterper day.
16_31Figure-F
DesalinationDesalination
Osmosis: the netflow of water across asemi-permeablemembrane into amore concentratedsolution.
16_32Figure-F
16_33Figure-F
Reverse Osmosis: water is forced across asemipermeable membrane into a less concentrate solution.
Modern reverse osmosis facilities can produce millionsof gallons of freshwater per day.
16_34_Figure.jpg