混合

化学 において、混合物とは、物理的方法によって分離できる 2 つ以上の異なる化学物質からなる物質です。それは、任意の割合で機械的に混合された 2 つ以上の元素または化合物からなる不純な物質です。 ^{[ 1 ]}混合物は、2 つ以上の物質が物理的に結合したもので、その同一性は保持され、溶液、懸濁液、またはコロイドの形で混合されています。^{[ 2 ] [ 3 ]}

混合物は、元素や化合物などの化学物質を化学的結合やその他の化学変化を起こさずに機械的に混合または混合することによって生成されるもので、各成分物質は独自の化学的性質と組成を保持します。^{[ 4 ]}構成物質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、構成物質のそれ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）手段を使用して構成物質に分離できます。共沸混合物は、通常、構成物質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、あるいはそれらの混合物）に関してかなりの困難を伴う混合物の一種です。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

すべての混合物は、機械的手段（例えば、精製、蒸留、電気分解、クロマトグラフィー、加熱、ろ過、重力選別、遠心分離）によって分離可能であるという特徴があります。 ^{[ 8 ] [ 9 ]}混合物は、以下の点で化学化合物とは異なります。

• 混合物中の物質は、ろ過、凍結、蒸留などの物理的方法を用いて分離することができる。
• 混合物が形成される際、エネルギーの変化はほとんど、あるいは全くない（混合エンタルピーを参照）。
• 混合物中の物質は、それぞれ固有の性質を保持する。

砂と水の例では、両者を混ぜ合わせても、どちらの物質も何ら変化しません。砂は水の中にあっても、水から出ていた時と同じ性質を保っています。

• 混合物は組成が変化するのに対し、化合物は固定された明確な化学式を持つ。
• 混合すると、個々の物質は混合物の中でもその性質を維持するが、化合物を形成すると、その性質が変化する可能性がある。^{[ 10 ]}

以下の表は、3つの「混合物ファミリー」におけるすべての可能な相の組み合わせについて、主な特性と例を示しています 。

混合物は均一混合物と不均一混合物に分類できます。組成が均一で、すべての成分が同じ相にある混合物（例えば、水に溶けた塩）は均一混合物と呼ばれ、組成が不均一で、成分を容易に識別できる混合物（例えば、水に溶けた砂）は不均一混合物と呼ばれます。

さらに、「均一混合物」は均質混合物の別称であり、「不均一混合物」は異質混合物の別称です。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、外観が均一、つまり単一の相しか持たないという考えに基づいています。一方、異質混合物は、異なる相にあり、互いに容易に区別できる構成物質から成ります。また、異質混合物は、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。

塩や砂糖などのいくつかの固体物質は水に溶けて均一混合物、すなわち「溶液」を形成します。溶液には溶質（溶解する物質）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。空気は気体状の窒素溶媒の均一混合物であり、酸素と少量の他の気体状の溶質が溶解しています。混合物は物質の種類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の点を超えると分離して不均一になります。

均一混合物は、構成物質が全体に均一に分散しているのが特徴です。つまり、混合物中のあらゆる場所で、構成物質が等しい割合で存在します。言い換えれば、均一混合物は、混合物のどこから採取しても、同じ組成になります。例えば、固液溶液を同じ体積の2つの半分に分けた場合、それぞれの半分には、液体媒体と溶解した固体（溶媒と溶質）が等量含まれます。

不均一混合物

不均一混合物の例としては、エマルジョンやフォームが挙げられます。ほとんどの場合、混合物は2つの主要な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。フォームの場合、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、両方の成分が混合物のどの領域にも存在し、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、微視的なスケールでは、十分に小さな領域のほとんどすべてにおいて、一方の成分が存在しません。（このような欠如が巨視的な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です。）不均一混合物のさまざまな特性は、成分の連続的な浸透の有無によって区別できます。フォームの場合、一方の成分が連結したネットワークを形成し、そのネットワークを通じて他方の成分が自由に浸透できる網目状フォームと、一方の成分が他の成分によって壁が形成された小さなセルに閉じ込められている閉鎖セルフォームとが区別されます。エマルションについても同様の区別が可能である。多くのエマルションでは、一方の成分が、通常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る。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こともある。このような混合物は二連続混合物と呼ばれる。^{[ 13 ]}

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ある。十分に粗いスケールでは、混合物全体を「サンプル」とみなすならば、どんな混合物でも均質であると言える。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くても構わないため、どんな混合物でも不均質であると言える。実際には、検査に用いる混合物のどのサンプルを用いても、その混合物の関心のある特性が同じであれば、その混合物は均質であると言える。

Gyのサンプリング理論は、粒子の不均一性を定量的に次のように定義しています。 ^{[ 14 ]}

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

どこ${\displaystyle h_{i}}$、${\displaystyle c_{i}}$、${\displaystyle c_{\text{batch}}}$、${\displaystyle m_{i}}$、 そして${\displaystyle m_{\text{aver}}}$それぞれ:${\displaystyle i}$集団の 番目の粒子、関心のある特性の質量濃度${\displaystyle i}$集団の 番目の粒子、集団における関心のある特性の質量濃度、${\displaystyle i}$集団中の 番目の粒子、および集団中の粒子の平均質量。

粒子の不均一な混合物をサンプリングする場合、サンプリング誤差の分散は一般的にゼロではない。

ピエール・ギーは、ポアソンサンプリングモデルから、試料中の質量濃度のサンプリング誤差の分散を表す以下の式を導き出した。

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

ここで、Vは標本誤差の分散、Nは母集団中の粒子数（標本採取前）、q _iは母集団のi番目の粒子が標本に含まれる確率（すなわち、 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、 a _iは母集団のi番目の粒子における関心のある特性の質量濃度である。   

上記の標本誤差の分散に関する式は、試料中の質量濃度を線形化することに基づいた近似式である。

Gyの理論では、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。サンプリング誤差の分散に関するGyの式は次のようになります。   

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

ここで、バッチ_とは、サンプルを採取する母集団における対象となる特性の濃度であり、M_バッチとは、サンプルを採取する母集団の質量である。

大気汚染の研究によると、汚染物質の混合物に曝露された後の生物学的および健康への影響は、個々の成分に曝露された場合の影響よりも強力であることが示されています。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

• 化学物質
• 混合（プロセスエンジニアリング）

• 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～）「混合物」。doi ：10.1351/goldbook.M03949