纯净物
chún jìng wù
纯净物是组成固定、性质均一的物质;每种元素和每种化合物都是纯净物。
Definition
纯净物从里到外都只由一种东西构成,要么是单一元素,要么是单一化合物。它具有确定不变的组成,以及一组固定的物理性质,例如熔点、沸点和密度,无法用过滤、蒸发或蒸馏等物理方法将其分离成其他物质。从热力学角度看,纯净物在给定压强下会在固定温度发生明确的相变,而混合物的相变则发生在一段温度范围内。绝对纯净只是一种理想化的说法:实验室级别的纯度是以杂质限量来规定的,蒸馏、重结晶、色谱分离等方法只能不断逼近但永远达不到 $100\%$。
Example
蒸馏水是纯净物,因为它全部是 $H_2O$;铜导线也是纯净物,因为它全部由铜原子构成。纯水在海平面处恰好在 $0^\circ\text{C}$ 结冰、$100^\circ\text{C}$ 沸腾,而作为混合物的盐水,其凝固点低于 $0^\circ\text{C}$、沸点高于 $100^\circ\text{C}$,具体数值取决于盐的含量。半导体级硅的纯度必须达到至少 $99.9999999\%$(九个九),因为即使十亿个硅原子中只混入一个硼原子,也会明显改变其导电性;这样的纯度要靠反复的区域熔炼才能达到。
Key Insight
在科学中,"纯"并不意味着干净或有益健康,而只是指只含一种物质,所以纯氯气虽然有毒,却仍然是纯净物。明确而固定的熔点是检验纯度的快捷方法,因为杂质会使熔程变宽、熔点降低,这也是化学家常用熔点来确认自己是否得到了正确产物的原因。即使纯净的自来水也是溶有矿物质和气体的溶液,就连蒸馏水也因水的自电离而含有 $H^+$ 和 $OH^-$ 离子,所以纯度其实是一个程度问题,真正要问的是杂质是否会影响具体用途。