خليط

في الكيمياء ، يُعرف المخلوط بأنه مادة تتكون من مادتين كيميائيتين مختلفتين أو أكثر، ويمكن فصلها بطريقة فيزيائية. وهو مادة غير نقية تتكون من عنصرين أو أكثر، أو مركبين أو أكثر، ممزوجة ميكانيكيًا بأي نسبة. ^{[ 1 ]} والمخلوط هو مزيج فيزيائي لمادتين أو أكثر، حيث تحتفظ كل مادة بخصائصها، وتكون ممزوجة على شكل محاليل أو معلقات أو غرويات . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

المخاليط هي أحد نواتج المزج الميكانيكي للمواد الكيميائية، كالعناصر والمركبات ، دون تكوين روابط كيميائية أو حدوث أي تغيير كيميائي آخر، بحيث تحتفظ كل مادة من مكوناتها بخصائصها الكيميائية وتركيبها. ^{[ 4 ]} على الرغم من عدم حدوث أي تغييرات كيميائية في مكوناتها، إلا أن الخصائص الفيزيائية للخليط، مثل درجة انصهاره ، قد تختلف عن خصائص مكوناته. يمكن فصل بعض المخاليط إلى مكوناتها باستخدام وسائل فيزيائية (ميكانيكية أو حرارية). تُعدّ المخاليط الأيزوتروبية نوعًا من المخاليط التي عادةً ما تُشكّل صعوبات كبيرة فيما يتعلق بعمليات الفصل اللازمة للحصول على مكوناتها (عمليات فيزيائية أو كيميائية، أو حتى مزيج منهما). ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

يمكن وصف جميع المخاليط بأنها قابلة للفصل بالوسائل الميكانيكية (مثل التنقية ، والتقطير ، والتحليل الكهربائي ، والاستشراب ، والتسخين ، والترشيح ، والفرز بالجاذبية ، والطرد المركزي ). ^{[ 8 ] [ 9 ]} تختلف المخاليط عن المركبات الكيميائية في الجوانب التالية:

• يمكن فصل المواد الموجودة في الخليط باستخدام طرق فيزيائية مثل الترشيح والتجميد والتقطير .
• لا يحدث تغيير يُذكر في الطاقة عند تكوين الخليط (انظر إنثالبي الخلط ).
• تحتفظ المواد الموجودة في الخليط بخصائصها المنفصلة.

في مثال الرمل والماء، لم تتغير أي من المادتين عند مزجهما. فرغم وجود الرمل في الماء، إلا أنه احتفظ بنفس خصائصه التي كان يتمتع بها قبل مزجه.

• تتميز المخاليط بتراكيب متغيرة، بينما تتميز المركبات بصيغة ثابتة ومحددة.
• عند مزجها، تحتفظ المواد الفردية بخصائصها في الخليط، بينما إذا شكلت مركباً، فإن خصائصها يمكن أن تتغير. ^{[ 10 ]}

يوضح الجدول التالي الخصائص الرئيسية والأمثلة لجميع تركيبات الأطوار الممكنة للثلاث "عائلات" من المخاليط  :

يمكن أن تكون المخاليط متجانسة أو غير متجانسة : يُطلق على الخليط ذي التركيب الموحد والذي تكون فيه جميع المكونات في نفس الطور، مثل الملح في الماء، اسم الخليط المتجانس، بينما يُطلق على الخليط ذي التركيب غير الموحد والذي يمكن تحديد مكوناته بسهولة، مثل الرمل في الماء، اسم الخليط غير المتجانس.

بالإضافة إلى ذلك، يُعدّ مصطلح " الخليط المتجانس " مرادفًا للخليط المتجانس، بينما يُعدّ مصطلح " الخليط غير المتجانس " مرادفًا للخليط غير المتجانس . وتستند هذه المصطلحات إلى فكرة أن الخليط المتجانس له مظهر موحد ، أو طور واحد فقط ، نظرًا لتوزيع جزيئاته بالتساوي. أما الخليط غير المتجانس ، فيتكون من مواد ذات أطوار مختلفة، ويمكن تمييزها بسهولة عن بعضها البعض. كما قد يكون تركيب الخليط غير المتجانس متجانسًا (مثل الغرواني) أو غير متجانس (مثل قلم الرصاص).

تذوب العديد من المواد الصلبة، كالملح والسكر ، في الماء لتكوين مخاليط متجانسة أو " محاليل " ، حيث يوجد فيها كل من المذاب (المادة المذابة) والمذيب ( وسط الإذابة). يُعد الهواء مثالاً على المحلول أيضاً: فهو خليط متجانس من غاز النيتروجين كمذيب، حيث يذوب فيه الأكسجين وكميات أقل من مواد غازية أخرى. لا تقتصر المخاليط على عدد المواد أو كمياتها، مع أن نسبة المذاب إلى المذيب في معظم المحاليل لا يمكن أن تصل إلا إلى حد معين قبل أن ينفصل الخليط ويصبح غير متجانس.

يتميز الخليط المتجانس بتوزيع منتظم لمكوناته في جميع أجزائه؛ حيث توجد هذه المكونات بنسب متساوية في كل مكان داخل الخليط. بعبارة أخرى، يظل الخليط المتجانس كما هو بغض النظر عن مكان أخذ العينة منه. على سبيل المثال، إذا قُسِّم محلول صلب-سائل إلى نصفين متساويين في الحجم ، فإن كل نصف سيحتوي على كميات متساوية من كلٍّ من الوسط السائل والمادة الصلبة المذابة (المذيب والمذاب).

المخاليط غير المتجانسة

من أمثلة المخاليط غير المتجانسة المستحلبات والرغوات . في معظم الحالات، يتكون الخليط من عنصرين رئيسيين. بالنسبة للمستحلب، يكونان سائلين غير قابلين للامتزاج كالماء والزيت. أما بالنسبة للرغوة، فهما مادة صلبة وسائلة، أو سائل وغاز. على نطاقات واسعة ، يتواجد كلا العنصرين في أي منطقة من الخليط، وفي الخليط المتجانس جيدًا، يكون تركيزهما متساويًا أو متقاربًا. أما على النطاق المجهري، فيغيب أحد العنصرين تقريبًا في أي منطقة صغيرة بما فيه الكفاية. (إذا كان هذا الغياب شائعًا على النطاقات العيانية، فإن مزيج العنصرين يُشكل وسطًا منتشرًا ، وليس خليطًا). يمكن تمييز خصائص المخاليط غير المتجانسة المختلفة من خلال وجود أو غياب نفاذية متصلة لعناصرها. في حالة الرغوة، يُفرَّق بين نوعين: الرغوة الشبكية ، حيث يُشكِّل أحد المكونات شبكةً متصلةً تسمح للمكون الآخر بالتخلل بحرية، والرغوة ذات الخلايا المغلقة، حيث يوجد أحد المكونات محصورًا في خلايا صغيرة تُشكِّل جدرانها المكونات الأخرى. وينطبق تمييز مماثل على المستحلبات. ففي كثير من المستحلبات، يوجد أحد المكونات على شكل مناطق معزولة، عادةً ما تكون كروية الشكل، منتشرة في جميع أنحاء المكون الآخر. ومع ذلك، من الممكن أيضًا أن يُشكِّل كل مكون شبكةً كبيرةً متصلةً. ويُطلق على هذا المزيج حينها اسم " ثنائي الاستمرارية ". ^{[ 13 ]}

يعتمد التمييز بين المخاليط المتجانسة وغير المتجانسة على حجم العينة. فعلى نطاق واسع، يُمكن اعتبار أي خليط متجانسًا إذا ما اعتُبرت المادة بأكملها "عينة" منه. أما على نطاق دقيق، فيُمكن اعتبار أي خليط غير متجانس، لأن العينة قد تكون صغيرة جدًا، كجزيء واحد. عمليًا، إذا كانت الخاصية محل الاهتمام في الخليط ثابتة بغض النظر عن العينة المستخدمة في الفحص، فإن الخليط يكون متجانسًا.

تحدد نظرية أخذ العينات لـ Gy عدم تجانس الجسيم كمياً على النحو التالي: ^{[ 14 ]}

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

أين${\displaystyle h_{i}}$،${\displaystyle c_{i}}$،${\displaystyle c_{\text{batch}}}$،${\displaystyle m_{i}}$، و${\displaystyle m_{\text{aver}}}$وهي على التوالي: عدم تجانس${\displaystyle i}$الجسيم رقم 1 من السكان، تركيز الكتلة للخاصية محل الاهتمام في${\displaystyle i}$الجسيم رقم 1 من السكان، تركيز كتلة الخاصية محل الاهتمام في السكان، كتلة${\displaystyle i}$الجسيم رقم في المجموعة السكانية، ومتوسط ​​كتلة الجسيم في المجموعة السكانية.

أثناء أخذ عينات من مخاليط غير متجانسة من الجسيمات، يكون تباين خطأ أخذ العينات غير صفري بشكل عام.

استنتج بيير جي، من نموذج أخذ العينات بواسون، الصيغة التالية لتباين خطأ أخذ العينات في تركيز الكتلة في العينة:

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

حيث V هو تباين خطأ أخذ العينات، وN هو عدد الجسيمات في المجتمع (قبل أخذ العينة)، و q _i هو احتمال تضمين الجسيم رقم i من المجتمع في العينة (أي احتمال التضمين من الدرجة الأولى للجسيم رقم i )، وm _i هي كتلة الجسيم رقم i من المجتمع، و a _i هو تركيز الكتلة للخاصية محل الاهتمام في الجسيم رقم i من المجتمع.   

إن المعادلة المذكورة أعلاه لتباين خطأ أخذ العينات هي تقريب يعتمد على خطية تركيز الكتلة في العينة.

في نظرية جاي، يُعرَّف أخذ العينات الصحيح بأنه سيناريو أخذ عينات تكون فيه جميع الجسيمات متساوية الاحتمالية في أن تُضمَّن في العينة. وهذا يعني أن qᵢ لم يعد يعتمد على i ، وبالتالي يمكن استبداله بالرمز q . تصبح معادلة جاي لتباين خطأ أخذ العينات كما يلي _:   

${\displaystyle V={\frac {1-q}{qM_{\text{batch}}^{2}}}\sum _{i=1}^{N}m_{i}^{2}\left(a_{i}-a_{\text{batch}}\right)^{2},}$

حيث تمثل الدفعة تركيز الخاصية محل الاهتمام في المجتمع الذي سيتم سحب العينة منه، و _M batch _هي كتلة المجتمع الذي سيتم سحب العينة منه.

تُظهر الأبحاث المتعلقة بتلوث الهواء أن الآثار البيولوجية والصحية الناتجة عن التعرض لمزيج من الملوثات أقوى من الآثار الناتجة عن التعرض لمكونات منفردة. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

• مادة كيميائية
• الخلط (هندسة العمليات)

• الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) ، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " مخلوط ". doi : 10.1351/goldbook.M03949