混合

化学 において、混合物とは、物理的方法によって分離可能な2つ以上の異なる化学物質からなる物質です。混合物とは、2つ以上の元素または化合物が機械的に任意の割合で混合された不純な物質です。 [ 1 ]混合物とは、2つ以上の物質が物理的に結合し、その性質が保持され、溶液、懸濁液、またはコロイドの形で混合されたものです。[ 2 ] [ 3 ]

混合物は、元素や化合物などの化学物質を化学結合やその他の化学変化なしに機械的に混合または混合することによって得られる1つの生成物であり、各成分物質は独自の化学的性質と構成を保持します。[ 4 ]成分に化学変化がないにもかかわらず、混合物の融点などの物理的性質は、成分と異なる場合があります。一部の混合物は、物理的（機械的または熱的）手段を使用して成分に分離できます。共沸混合物は、通常、その成分を得るために必要な分離プロセス（物理的または化学的プロセス、またはそれらの混合物）に関してかなりの困難を伴う混合物の一種です。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

混合物の特性

全ての混合物は、機械的な手段（例：精製、蒸留、電気分解、クロマトグラフィー、加熱、濾過、重力選別、遠心分離）によって分離可能であると特徴付けられる。 [ 8 ] [ 9 ]混合物は、以下の点で化合物と異なる。

  • 混合物中の物質は、ろ過、凍結、蒸留などの物理的な方法を使用して分離できます。
  • 混合物が形成されるときにエネルギーの変化はほとんどまたはまったくありません (混合エンタルピーを参照)。
  • 混合物中の物質はそれぞれの特性を保持します。

砂と水の例では、2つの物質を混ぜても、どちらも何ら変化しません。砂は水中にあっても、水の外にあったときと同じ性質を保ちます。

  • 混合物は組成が可変ですが、化合物は固定された明確な式を持ちます。
  • 個々の物質は混合されると混合物としての性質を維持するが、化合物を形成すると性質が変化する可能性がある。[ 10 ]

次の表は、混合物の 3 つの「ファミリー」のすべての可能な相の組み合わせの主な特性と例を示しています。

混合表
分散媒（混合相）溶解相または分散相解決コロイド懸濁液（粗分散液）
ガスガス混合ガス：空気（窒素中の酸素とその他のガス）なしなし
液体なし液体エアロゾル：[ 11 ]霧、ミスト、蒸気、ヘアスプレースプレー
固体なし固体エアロゾル：[ 11 ]煙、氷雲、空気粒子ほこり
液体ガス解決策：水中の酸素液体の泡： ホイップクリーム、シェービングクリーム海の泡、ビールの泡
液体解決策： アルコール飲料乳剤： 牛乳、マヨネーズ、ハンドクリームビネグレット
固体解決策：水に 砂糖を入れる液体ゾル： 顔料インク、血液懸濁液： 泥（水中に浮遊する土粒子）、チョーク粉
固体ガス解決策：金属中の 水素固体フォーム： エアロゲル、発泡スチロール、軽石フォーム：乾いたスポンジ
液体溶液： アマルガム（金中の水銀）、パラフィンワックス中のヘキサンゲル： 寒天、ゼラチン、シリカゲル、オパール濡れたスポンジ
固体解決策： 合金、プラスチックの可塑剤固体ゾル： クランベリーガラス粘土、シルト、砂、砂利、花崗岩

均質混合物と不均質混合物

均質混合物、異質混合物、化合物、元素間の違いを微視的レベルで表した図。

混合物は均質または不均質のいずれかになります。均一な組成で、水中の塩のようにすべての成分が同じ相にある混合物は均質と呼ばれます。一方、水中の砂のように不均一な組成で、成分が簡単に識別できる混合物は不均質と呼ばれます。

さらに、「均一混合物」は均質混合物の別名であり、「不均一混合物」は不均一混合物の別名です。これらの用語は、均質混合物は粒子が均一に分布しているため、均一な外観、つまり単一の相のみを有するという考えに由来しています。一方、不均一混合物は、異なる相にある構成物質を含み、互いに容易に区別できます。さらに、不均一混合物は、均一な組成（例：コロイド）または不均一な組成（例：鉛筆）を持つ場合があります。

塩や砂糖などの固体物質は水に溶解して均質な混合物、すなわち「溶液」を形成します。この溶液には、溶質（溶解物質）と溶媒（溶解媒体）の両方が存在します。空気も溶液の一例です。空気は窒素ガスと溶媒の均質な混合物で、酸素と少量の他の溶質が溶解しています。混合物に含まれる物質の数や量に制限はありませんが、ほとんどの溶液では、溶質と溶媒の比率が一定値を超えると混合物は分離して不均質になります。

均質混合物は、構成物質が混合物全体に均一に分散していることを特徴とします。つまり、混合物内のどの部分でも、物質は等量で存在します。言い換えれば、均質混合物は、混合物のどの部分から採取しても同じです。例えば、固液溶液を等体積の2つの部分に分けると、それぞれの部分には、液体媒体と溶解した固体（溶媒と溶質）が 等量含まれます。

均質混合物

ソリューション

溶液は「均質な混合物」と同義です。溶液中の溶質は、一定期間を経ても沈殿せず、フィルターや遠心分離機などの物理的な手段によって除去することもできません。[ 12 ]均質な混合物である溶液は、溶質と溶媒の相が当初は異なっていたとしても（例えば、塩水）、一つの相（固体、液体、または気体）を有します。

ガス

気体は、原子または分子間の空間が圧倒的に広く（したがって、分子間力も最も弱い）、液体や固体に比べて分子間相互作用が極めて小さいため、希薄な気体は非常に容易に互いに溶解します。空気はその一例であり、より具体的には、主成分である窒素に酸素やその他のガスが溶解した気体溶液と説明できます。

不均一混合物

水と油の不均一な混合物を作る

不均一混合物の例としては、エマルジョンと泡が挙げられます。ほとんどの場合、混合物は2つの主要成分から構成されます。エマルジョンの場合、これらは水と油のような混ざり合わない流体です。泡の場合、これらは固体と流体、または液体と気体です。より大きなスケールでは、混合物のどの領域にも両方の成分が存在し、よく混合された混合物では、同じ濃度またはわずかに異なる濃度で存在します。しかし、微視的スケールでは、十分に小さな領域にはほとんど一方の成分が存在しません。（このような不在が巨視的スケールで一般的である場合、成分の組み合わせは混合物ではなく、分散媒体です。）不均一混合物の異なる特性は、成分の連続浸透の有無によって区別できます。泡の場合、一方の成分が他の成分が自由に浸透できる連結ネットワークを形成する網状泡と、一方の成分が他の成分によって壁が形成される小さなセルに閉じ込められた状態で存在する独立気泡泡とを区別します。エマルジョンについても同様の区別が可能です。多くのエマルジョンでは、一方の成分が、典型的には球状の孤立した領域として存在し、もう一方の成分全体に分散しています。しかし、各成分が大きな連結したネットワークを形成する場合もあります。このような混合物は、双連続と呼ばれます。[ 13 ]

混合タイプの区別

均質混合物と不均質混合物を区別することは、サンプリングのスケールの問題です。十分に粗いスケールでは、混合物全体を「サンプル」として数えられる場合、あらゆる混合物は均質であると言えます。十分に細かいスケールでは、サンプルが単一分子ほど小さい場合もあるため、あらゆる混合物は不均質であると言えます。実際的には、混合物のどのサンプルを検査に用いても、その混合物の対象となる特性が同じであれば、その混合物は均質です。

ギーのサンプリング理論は、粒子の不均一性を次のように定量的に定義している。 [ 14 ]

h私＝（c私−cバッチ）メートル私cバッチメートル言う、{\displaystyle h_{i}={\frac {(c_{i}-c_{\text{batch}})m_{i}}{c_{\text{batch}}m_{\text{aver}}}},}

ここで、、、、、はそれぞれ、母集団の 番目の粒子の不均一性、母集団の 番目の粒子における対象特性の質量濃度、母集団における対象特性の質量濃度、母集団内の 番目の粒子の質量、母集団内の粒子の平均質量です。 h私{\displaystyle h_{i}}c私{\displaystyle c_{i}}cバッチ{\displaystyle c_{\text{バッチ}}}メートル私{\displaystyle m_{i}}メートル言う{\displaystyle m_{\text{aver}}}私{\displaystyle i}私{\displaystyle i}私{\displaystyle i}

粒子の異種混合物のサンプリング中、サンプリング誤差の分散は通常ゼロではありません。

ピエール・ガイは、ポアソンサンプリングモデルから、サンプル内の質量濃度のサンプリング誤差の分散に関する次の式を導き出しました。

V＝1（∑私＝1北q私メートル私）2∑私＝1北q私（1−q私）メートル私2（1つの私−∑j＝1北qj1つのjメートルj∑j＝1北qjメートルj）2、{\displaystyle 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},}

ここで、Vはサンプリング誤差の分散、Nは母集団内の粒子数（サンプルを採取する前）、q iは母集団のi番目の粒子がサンプルに含まれる確率（つまり、 i番目の粒子の一次包含確率）、m iは母集団のi番目の粒子の質量、 aiは母集団のi番目の粒子 における対象特性の質量濃度です。   

上記のサンプリング誤差の分散の式は、サンプル内の質量濃度の 線形化に基づく近似値です。

Gy理論では、正しいサンプリングとは、すべての粒子がサンプルに含まれる確率が等しいサンプリングシナリオとして定義されます。これは、q iがもはや iに依存しないことを意味し、したがって記号qに置き換えることができます 。Gyのサンプリング誤差の分散に関する式は次のようになります。  

V＝1−qqMバッチ2∑私＝1北メートル私2（1つの私−1つのバッチ）2、{\displaystyle V={\frac {1-q}{qM_{\text{batch}}^{2}}}\sum _{i=1}^{N}m_{i}^{2}\left(a_{i}-a_{\text{batch}}\right)^{2},}

ここで、バッチはサンプルが抽出される母集団における関心のある特性の濃度であり、Mバッチはサンプルが抽出される母集団の質量です。

健康への影響

大気汚染研究[ 15 ] [ 16 ]は、混合物への曝露後の生物学的および健康への影響は、個々の成分への曝露による影響よりも強力であることを示している。[ 17 ]

均質化

混合物の性質

参考文献

  1. ^ IUPAC ,化学用語集、第5版（「ゴールドブック」）（2025年）。オンライン版：（2006年以降）「混合物」。doi：10.1351/goldbook.M03949
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  3. ^ペトルッチ, ラルフ・H.; ハーウッド, ウィリアム・S.; ヘリング, F. 地理学 (2002).一般化学：原理と現代的応用（第8版）. アッパーサドルリバー, ニュージャージー州: プレンティスホール. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN  2001032331 . OCLC  46872308 .
  4. ^デ・パウラ、ジュリオ; アトキンス、PW (2002).アトキンスの物理化学（第7版）. オックスフォード大学出版局. ISBN 978-0-19-879285-7。
  5. ^アルバーツ B.;他。 （2002年）。細胞の分子生物学、第 4 版。ガーランドサイエンス。ISBN 978-0-8153-4072-0。
  6. ^ Laidler KJ (1978). 『物理化学とその生物学的応用』メンロパーク: ベンジャミン/カミングス. ISBN 978-0-8053-5680-9。
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  8. ^プレザンツ、ジュリアン・M編 (2017). 「義務への呼びかけ：1940年選抜徴兵法」.ホームフロント. doi : 10.5744/florida/9780813054254.003.0003 . ISBN 978-0-8130-5425-4。
  9. ^アシュワース、ウィリアム、リトル、チャールズ・E. 編 (2001). 「混合物」.環境研究百科事典. 事実集.
  10. ^ 「混合物の定義 - 化学辞典」www.chemicool.com . 2018年11月30日閲覧。
  11. ^ a b Everett, DH (1971年7月23日).物理化学量論および単位の記号・用語マニュアル. 付録II コロイドおよび表面化学における定義、用語、記号. パートI (PDF) (レポート). ロンドン: 国際純正応用化学連合: 物理化学部. 2016年10月28日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2016年10月28日閲覧。
  12. ^アシュワース、ウィリアム；リトル、チャールズ・E. (2001). 「溶液（化学）」.百科事典、新版. オンライン出版社：Science Online. Facts on File, Inc.
  13. ^サヒミ、ムハンマド（2006年5月26日）『不均質材料I：線形輸送と光学特性』シュプリンガー、31頁。ISBN 978-0-387-21705-5。
  14. ^ Gy, P (1979).粒子状物質のサンプリング：理論と実践. アムステルダム: エルゼビア.
  15. ^米国環境保護庁（ORD）「大気汚染物質の混合物による曝露と健康影響」 2017年1月19日snapshot.epa.gov 。 2022年11月10日閲覧。
  16. ^ Institute, Health Effects (2016年3月9日). 「多重汚染物質混合物」 . Health Effects Institute . 2022年11月10日閲覧。
  17. ^ナイリタ州マジュムデル;コダリ、ヴァムシ。ヴェラユタム、ムルゲサン。ゴールドスミス、トラヴィス。アメドロ、ジェシカ。クラムツォフ、ヴァレリー5世。アーデリー、アーロン。ヌルキェヴィチ、ティモシー R;ハーケマ、ジャック R;ケリー、エリック・E;フセイン、サリク（2022年10月27日）。「カーボンブラックとオゾン吸入の同時暴露により誘発される肺毒性のエアロゾル物理化学的決定要因」。毒物科学。191 (1): 61–78 .土井: 10.1093/toxsci/kfac113。ISSN 1096-6080。PMC 9887725。PMID 36303316。   
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