Smeša

Smeša ili smesa je skup dve ili više različite supstance, za razliku od čistih (prostih) supstanci koje sačinjava samo jedan element ili jedno jedinjenje. Smeša je fizička kombinacija dve ili više supstanci u kojima se zadržavaju identiteti i mešaju u obliku rastvora, suspenzija i koloida.

Limunada je smeša.

Smeše su jedan proizvod mehaničkog blendiranja ili mešanja hemijskih supstanci kao što su elementi i jedinjenja, bez hemijskog vezivanja ili drugih hemijskih promena, tako da svaka supstanca sastojka zadržava sopstvena hemijska svojstva i sastav. Uprkos činjenici da nema hemijskih promena u njenim sastojcima, fizička svojstva smeše, kao što je tačka topljenja, mogu se razlikovati od onih komponenti. Neke smeše se mogu razdvojiti na svoje komponente korišćenjem fizičkih (mehaničkih ili termičkih) sredstava. Azeotropi su jedna vrsta mešavine koja obično predstavlja značajne poteškoće u pogledu procesa razdvajanja koji su potrebni za dobijanje njihovih sastojaka (fizički ili hemijski procesi ili čak njihova mešavina).

Osobine smeša

Osobine smeša su aditivne, odnosno, ona zadržava osobine svih supstanci koje je čine. Tako će vodeni rastvor šećera imati osobine i šećera i vode.

Sve smeše se mogu okarakterisati kao odvojive mehaničkim sredstvima (npr. prečišćavanje, destilacija, elektroliza, hromatografija, toplota, filtracija, gravitaciono sortiranje, centrifugiranje). Smeše se razlikuju od hemijskih jedinjenja na sledeće načine:

• supstance u smeši se mogu razdvojiti korišćenjem fizičkih metoda kao što su filtracija, zamrzavanje i destilacija;
• postoji mala ili nikakva promena energije kada se formira smeša (pogledajte entalpija mešanja);
• Supstance u smeši zadržavaju svoja posebna svojstva.

U primeru peska i vode, nijedna od dve supstance se ni na koji način nije promenila kada su pomešane. Iako je pesak u vodi, on i dalje zadržava ista svojstva koja je imao kada je bio van vode;

• smeše imaju promenljiv sastav, dok jedinjenja imaju fiksnu, određenu formulu;
• kada se mešaju, pojedinačne supstance zadržavaju svoja svojstva u smeši, dok ako formiraju jedinjenje njihova svojstva mogu da se promene.

Sledeća tabela pokazuje glavna svojstva i primere za sve moguće kombinacije faza tri „porodice” smeša:

Tabela smeša

Disperzioni medijum (mešavina faza)	Rastvorena ili dispergovana faza	Rastvor	Koloid	Suspenzija (gruba disperzija)
Gas	Gas	Gasna smeša: vazduh (kiseonik i drugi gasovi u azotu)	Ne	Ne
	Tečnost	Ne	Tečni aerosol: magla, izmaglica, para, sprej za kosu	Sprej
	Čvrst materijal	Ne	Čvrsti aerosol: dim, ledeni oblak, prahovi u vazduhu	prašina
Tečnost	Gas	Rastvor: kiseonik u vodi	likvidna pena: Šlag, pena za brijanje	morska pena, pivska pena
	Tečnost	Rastvor: alkoholna pića	Emulzija: mleko, majonez, krema za ruke	Vinegret
	Čvrst materijal	Rastvor: šećer u vodi	Likvid sol: pigmentisano mastilo, krv	Suspenzija: mulj (čestice tla suspendovane u vodi), kredni prah suspendovan u vodi
Čvrst materijal	Gas	Rastvor: vodonik u metalima	Čvrsta pena: Aerogel, stiropor, plovućac	Pena: suvi sunđer
	Tečnost	Rastvor: amalgam (živa u zlatu), heksan u parafinskom vosku	Gel: agar, gelatin, silikagel, opal	Wet sponge
	Čvrst materijal	Rastvor: legure, plastifikatori u plastikama	Čvrsti sol: čaša od brusnice	Glina, blato, pesak, šljunak, granit

Sastav

Za razliku od jedinjenja, čiji su sastojci uvek sjedinjeni u određenim odnosima, smeša je supstanca koja ne mora da ima stalan sastav pri različitim dobijanjima. Čak i odnos kiseonika i azota u vazduhu nije uvek stalan, što ukazuje na to da je vazduh smeša (ovo je pokazao Robert Bunzen 1846. godine).

Homogene i heterogene smeše

Smeše su obično heterogene, što znači da se jasno mogu uočiti razlike između supstanci koje ih čine. Na primer, lako je uočiti u smeši peska i šećera, koje su čestice peska, a koje šećera. Homogena je ona smeša kod koje jedan deo ima potpuno isti sastav i osobine kao svaki drugi deo. Dešava se da su sastojci neke smeše dovoljno mali da se ne mogu videti golim okom, pa takve smeše izgledaju homogeno. Takav je slučaj sa krvlju. Pod mikroskopom se vidi da krv sačinjava bezbojna tečnost sa suspendovanim česticama. Sličan je slučaj i sa mlekom. Primeri za prave homogene smeše (jer se heterogenost ne može dokazati) su neki vodeni rastvori (šećera, soli itd.).

U fizičkoj hemiji i nauci o materijalima, „homogen” uže opisuje supstance i smeše koje su u jednoj fazi.

Dijagram koji na mikroskopskom nivou predstavlja razlike između homogenih smeša, heterogenih smeša, jedinjenja i elemenata

Rešenje

Rastvor je posebna vrsta homogene smeše gde odnos rastvorene supstance i rastvarača ostaje isti u celom rastvoru i čestice nisu vidljive golim okom, čak i ako su homogenizovane sa više izvora. U rastvorima, rastvorene materije se neće istaložiti ni nakon nekog vremenskog perioda i ne mogu se ukloniti fizičkim metodama, kao što su filter ili centrifuga. Kao homogena smeša, rastvor ima jednu fazu (čvrstu, tečnu ili gasovitu), iako su faze rastvorene supstance i rastvarača u početku mogle biti različite (npr. slana voda).

Dobijanje smeša

Oslobađanje gasa, toplote, zračenja svetlosti ili stvaranje struje su pojave koje obično prate neku hemijsku reakciju. Ukoliko ne dođe do ovih pojava prilikom mešanja supstanci, pretpostavlja se da se nije desila hemijska reakcija, već da se napravila smeša.

Razdvajanje sastojaka smeša

Sastojci u smeši se razdvajaju korišćenjem fizičkih promena supstanci. Pri tome se mogu koristiti različita fizička svojstva, kao što su magnetizam, specifična težina, (ne)rastvorljivost u odgovarajućim rastvaračima, tačka mržnjenja, kao i metode: destilacija, likvacija, difuzija, elutracija, flotacija.

Razlikovanje tipova smeša

Pravljenje razlike između homogenih i heterogenih smeša je pitanje obima uzorkovanja. Na dovoljno gruboj skali, za svaku mešavinu se može reći da je homogena, ako se ceo artikal računa kao njegov „uzorak“. Na dovoljno finoj skali, za svaku smešu se može reći da je heterogena, jer uzorak može biti mali kao jedan molekul. U praktičnom smislu, ako je svojstvo smeše od interesa isto, bez obzira na to koji se uzorak uzima za ispitivanje, smeša je homogena.

Gijeva teorija uzorkovanja kvantitativno definiše heterogenost čestice kao:

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

gde su $h_{i}$, $c_{i}$, $c_{\text{batch}}$, $m_{i}$, i $m_{\text{aver}}$ respektivno: heterogenost $i$-te čestice populacije, masena koncentracija svojstva od interesa u $i$-toj čestici populacije, masena koncentracija svojstva od interesa u populaciji, masa $i$-te čestice u populaciji i prosečna masa čestice u populaciji.

Tokom uzorkovanja heterogenih smeša čestica, varijansa greške uzorkovanja je generalno različita od nule.

Pjer Gi je izveo, iz Poasonovog modela uzorkovanja, sledeću formulu za varijansu greške uzorkovanja u koncentraciji mase u uzorku:

$V={\frac {1}{(\sum _{i=1}^{N}q_{i}m_{i})^{2}}}\sum _{i=1}^{N}q_{i}(1-q_{i})m_{i}^{2}\left(a_{i}-{\frac {\sum _{j=1}^{N}q_{j}a_{j}m_{j}}{\sum _{j=1}^{N}q_{j}m_{j}}}\right)^{2},$

u kojoj je V varijansa greške uzorkovanja, N je broj čestica u populaciji (pre uzimanja uzorka), q _i je verovatnoća uključivanja i-te čestice populacije u uzorak (tj. inkluziona verovatnoća prvog reda). verovatnoća 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.-te čestice), m _i je masa i-te čestice populacije i a _i je masena koncentracija osobine od interesa u i-oj čestici populacije.

Literatura

• IUPAC. „solution”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
• „Homogenization”, Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Online Academic Edition, Encyclopædia Britannica Inc., Pristupljeno 6. 10. 2013 CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• McClements, David J. (2008). „Lipid-Based Emulsions and Emulsifiers”. Ur.: Akoh, Casimir C.; Min, David B. Food Lipids: Chemistry, Nutrition, and Biotechnology. Food Science and Technology (Third izd.). Boca Raton, Florida: CRC. str. 77. ISBN 978-1420046649. 
• „Various Mixing Experiments”. Bakker.org. 1998-04-10. Arhivirano iz originala 26. 6. 2017. g. Pristupljeno 2017-06-23. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „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. Arhivirano iz originala 28. 9. 2017. g. Pristupljeno 26. 4. 2018. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Stirred Vessels”. Bakker.org. 1998-04-10. Arhivirano iz originala 14. 8. 2017. g. Pristupljeno 2017-06-23. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• 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. 

Spoljašnje veze

• „Genizer Homogenization Technology”.