Кіріспе
Химия және материалдар ғылымында қоспалар – сұйық, газ немесе қатты заттардың шектеулі мөлшеріндегі химиялық заттар. Олар материалдың немесе қосылыстың химиялық құрамынан өзгешеленеді. Біріншіден, таза химиялық зат кем дегенде бір химиялық фазада болуы керек және оны фазалық диаграммасы арқылы сипаттауға болады. Екіншіден, таза химиялық зат біртекті болуы тиіс (яғни, материалдың барлық бөлігінде бірдей құрамға ие біртекті зат). Абсолютті таза химиялық зат оны одан әрі ажырату және тазарту әрекеттерінен сәтті өтеді. Үшіншіден, және біз осы жалпы химиялық анықтамаға назар аударатын болсақ, онда басқа химиялық түрлердің ешқандай іздері болмауы керек. Шындығында, 100% таза химиялық қосылыстар жоқ, себебі әрқашан шамалы мөлшерде ластану болады. Материалдағы қоспалардың деңгейі көбінесе салыстырмалы түрде анықталады. Әртүрлі ұйымдар өндірілген өнімдегі әртүрлі қоспалардың рұқсат етілген деңгейін анықтауға бағытталған стандарттарды әзірледі. Нақты айтқанда, материалдың тазалық деңгейін басқа материалға қарағанда көбірек немесе азырақ таза деп бағалауға болады. Қоспалар табиғи түрде кездесуі мүмкін немесе химиялық немесе коммерциялық өнімді синтездеу кезінде қосылады. Өндіріс процесінде қоспалар қасақана немесе кездейсоқ түрде енгізілуі мүмкін. Қажетсіз қоспаларды жою үшін дистилляция немесе аймақтық тазарту сияқты ажырату немесе тазарту техникаларын қолдану қажет болуы мүмкін. Кей жағдайларда, қоспалар материалдың белгілі бір қасиеттерін, мысалы, асыл тастардың түсін немесе жартылай өткізгіштердің өткізгіштігін алу үшін қосылады. Қоспалар кристалдану процесіне де әсер ете алады, өйткені олар кристалл өсуін бастайтын ядролық орындар ретінде әрекет етеді. Сондай-ақ, қоспалар басқа фазалық өзгерістердің ядролық түрінде де, ақаулар түрінде де маңызды рөл атқара алады.
In chemistry and materials science, impurities are chemical substances inside a confined amount of liquid, gas, or solid. They differ from the chemical composition of the material or compound. Firstly, a pure chemical should appear in at least one chemical phase and can also be characterized by its phase diagram. Secondly, a pure chemical should prove to be homogeneous (i. e., a uniform substance that has the same composition throughout the material). The perfect pure chemical will pass all attempts to separate and purify it further. Thirdly, and here we focus on the common chemical definition, it should not contain any trace of any other kind of chemical species. In reality, there are no absolutely 100% pure chemical compounds, as there is always some small amount of contamination. The levels of impurities in a material are generally defined in relative terms. Standards have been established by various organizations that attempt to define the permitted levels of various impurities in a manufactured product. Strictly speaking, a material's level of purity can only be stated as being more or less pure than some other material. Impurities are either naturally occurring or added during synthesis of a chemical or commercial product. During production, impurities may be purposely or accidentally added to the substance. The removal of unwanted impurities may require the use of separation or purification techniques such as distillation or zone refining. In other cases, impurities might be added to acquire certain properties of a material such as the color in gemstones or conductivity in semiconductors. Impurities may also affect crystallization as they can act as nucleation sites that start crystal growth. Impurities can also play a role in nucleation of other phase transitions in the form of defects.
Қажетті емес қоспалар
Материалдың жұмыс істеу қабілетіне кедергі келтірген жағдайда, қоспалар қажетсіз болуы мүмкін. Мысалдарға металдардағы күл мен қоқыстар, ал таза ақ қағаздағы жапырақтардың бөліктері жатады. Қоспаларды әдетте химиялық жолмен жояды. Мысалы, темір өндірісінде кальций карбонаты балқыту пештеріне қосылып, темір кенінен кремний диоксидін шығарады. Аймақтық тазарту, тағы бір тазарту әдісі, жартылай өткізгіштерді тазарту үшін экономикалық тұрғыдан маңызды әдіс болып табылады. Дегенмен, кейбір қоспаларды физикалық тәсілдермен де жоюға болады. Су мен тұз қоспасын дистилляция арқылы бөлуге болады, мұнда дистиллят ретінде су, ал тұз қалдық ретінде қалады. Бұл суды қайнату арқылы және тұзды қалдыру арқылы жасалады. Су салқындатылып, газ таза сұйықтыққа айналады. Сұйықтықтар мен газдардан қоспаларды әдетте физикалық жолмен жояды. Қатты заттарға мысал келтірсек, металл кенінен құм бөлшектерін алуға болады. Қолданылған әдіс қандай болсын, қоспаны материалдан толығымен бөліп алу көбінесе мүмкін емес. Қоспаны толығымен жою мүмкін болмауының себебі термодинамикалық сипатта және термодинамиканың екінші заңымен болжалады. Қоспаны толығымен жою олардың концентрациясын нөлге дейін төмендетуді білдіреді. Бұл термодинамиканың екінші заңына сәйкес, шексіз жұмыс пен энергияны қажет етеді. Техниктердің қабілеті – материалдың тазалығын мүмкіндігінше 100%-ға жақындату немесе экономикалық тұрғыдан тиімді деңгейге жеткізу. Фармацевтикалық және терапевтік препараттардағы қоспаларға ерекше мән беріледі және соңғы онжылдықтарда көптеген даулар болды, олар қауіпсіз емес ингредиенттер мен дұрыс емес дозалық формалардан бастап, қасақана күшейтілген дәрі-дәрмектерге және кездейсоқ ластануларға дейін жетті. Қоспалардың қажетті болуының мысалын асыл тастардан көруге болады. Бұл асыл тастардағы шағын қоспалар хромофорлар ретінде әрекет етеді және тасқа түс береді. Мысалы, берилл асыл тастар отбасының химиялық формуласы Be3Al2(SiO3)6. Таза берилл түссіз болып көрінеді, бірақ мұндай жағдай сирек кездеседі және іздік элементтердің болуы оның түсін өзгертеді. Смарагдтың жасыл түсі хром, ванадий немесе темір сияқты қоспалардан туындайды. Марганец қоспасы морганит деп аталатын қызғылт асыл тастың түсін береді, ал темір көк түсті аквамарин жасайды. Қоспалар басқа фазалық өтулердің ядролық қалыптасуында маңызды рөл атқарады. Мысалы, шетелдік элементтердің болуы металл қорытпаларының механикалық және магниттік қасиеттеріне маңызды әсер етуі мүмкін. Мыстағы темір атомдары белгілі Кондо эффектісін тудырады, онда өткізгіш электрон спиндері қоспа атомдарымен магниттік байланысқан күйді құрайды. Суперөткізгіштегі магниттік қоспалар бұрқасын тәрізді ақаулардың пайда болу орындары ретінде қызмет ете алады. Нүктелік ақаулар ферромагниттерде кері домендердің ядролық қалыптасуына себеп болып, олардың коэрцитивтігіне әсер етеді. Жалпы, қоспалар фазалық өтулердің басталу нүктелері ретінде қызмет ете алады, өйткені жаңа фазаның шекті өлшемді доменін құрудың энергетикалық шығыны нүктелік ақау кезінде төмендейді. Жаңа фазаның ядросы тұрақты болу үшін, ол белгілі бір сын өлшемге жетуі керек. Бұл шекті өлшем көбінесе қоспа орнында төмен болады.