ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕТОДЫ - ХИМИЯ - 2024

Гетерогенной системы является то , что часть Вселенной занимают атомы, молекулы или ионы, таким образом , что они образуют две или более различимых фаз. Под «частью вселенной» понимается капля, шар, реактор, камни; и по фазе, в состояние или способ агрегации, будь то твердое, жидкое или газообразное.

Неоднородность системы варьируется от ее определения от одной области знаний к другой. Тем не менее, эта концепция имеет много общего в кулинарии и химии.

Источник: Pexels

Например, пицца с ее поверхностью, заполненной ингредиентами, как на изображении выше, представляет собой неоднородную систему. Точно так же салат, смесь орехов и зерен или газированный напиток также считаются гетерогенными системами.

Обратите внимание, что его элементы видны с первого взгляда и могут быть разделены вручную. А майонез? Или молоко? На первый взгляд они однородны, но на микроскопическом уровне представляют собой неоднородные системы; более конкретно, они представляют собой эмульсии.

В химии ингредиенты состоят из реагентов, частиц или исследуемого вещества. Фазы представляют собой не что иное, как физические агрегаты указанных частиц, которые обеспечивают все качества, характеризующие фазы. Таким образом, жидкая фаза спирта «ведет себя» иначе, чем вода, и тем более жидкая ртуть.

В некоторых системах фазы так же узнаваемы, как насыщенный раствор сахара с кристаллами на заднем плане. Каждый из них сам по себе может быть классифицирован как гомогенный: над фазой, образованной водой, и ниже, твердой фазой, состоящей из кристаллов сахара.

В случае системы вода-сахар мы говорим не о реакции, а о насыщении. В других системах присутствует трансформация материи. Простым примером является смесь щелочного металла, такого как натрий, и воды; Он взрывоопасен, но сначала кусок металлического натрия окружен водой.

Как и в случае с майонезом, в химии есть гетерогенные системы, которые макроскопически сойдутся за гомогенные, но в свете мощного микроскопа их истинные гетерогенные фазы сияют.

Характеристики гетерогенной системы

Каковы характеристики гетерогенной химической системы? В общих чертах их можно перечислить следующим образом:

-Они состоят из двух и более фаз; другими словами, он не однороден.

-Он может состоять, как правило, из любой из следующих пар фаз: твердое тело-твердое тело, твердое тело-жидкость, твердое тело-газ, жидкость-жидкость, жидкость-газ; Кроме того, все три могут присутствовать в одной системе твердое тело-жидкость-газ.

-Его компоненты и фазы различимы в первую очередь невооруженным глазом. Поэтому достаточно понаблюдать за системой, чтобы сделать выводы из ее характеристик; такие как цвет, вязкость, размер и форма кристаллов, запах и т. д.

-Обычно он включает термодинамическое равновесие или высокое или низкое сродство между частицами в пределах одной фазы или между двумя разными фазами.

-Физико-химические свойства меняются в зависимости от региона или направления системы. Таким образом, значения, например, температуры плавления могут варьироваться от одной области неоднородного твердого тела до другой. Также (наиболее распространенный случай) цвета или оттенки меняются по всему твердому телу (жидкости или газу) по мере их сравнения.

-Это смеси веществ; то есть это не относится к чистым веществам.

Степень наблюдения

Любая однородная система может считаться неоднородной, если изменены масштабы или степени наблюдения. Например, графин, наполненный чистой водой, представляет собой однородную систему, но, как видно из его молекул, миллионы из них обладают собственными скоростями.

С молекулярной точки зрения система продолжает оставаться гомогенной, потому что это только молекулы H ₂ O. Но при дальнейшем уменьшении масштаба наблюдения до атомных уровней вода становится гетерогенной, поскольку она не состоит из одного типа атом, кроме водорода и кислорода.

Следовательно, характеристики гетерогенных химических систем зависят от степени наблюдения. Если рассматривать микроскопический масштаб, можно встретить многогранные системы.

Твердое тело A, кажущееся однородным и серебристого цвета, может состоять из нескольких слоев разных металлов (ABCDAB…) и, ​​следовательно, быть неоднородным. Следовательно, A макроскопически однороден, но неоднороден на микро (или нано) уровнях.

Точно так же одни и те же атомы являются гетерогенными системами, поскольку они состоят из вакуума, электронов, протонов, нейтронов и других субатомных частиц (таких как кварки).

классификация

Рассматривая затем макроскопическую степень наблюдения, которая определяет видимые характеристики или измеримое свойство, гетерогенные химические системы можно классифицировать следующим образом:

Насыщенные растворы (жидкость-жидкость, жидкость-твердое тело, жидкость-газ)

Насыщенные растворы представляют собой тип химической гетерогенной системы, в которой растворенное вещество не может продолжать растворяться и образует фазу, отдельную от фазы растворителя. Пример воды и кристаллов сахара попадает в эту классификацию.

Молекулы растворителя достигают точки, в которой они не могут принять или сольватировать растворенное вещество. Затем дополнительное растворенное вещество, твердое или газообразное, быстро перегруппируется с образованием твердого вещества или пузырьков; то есть система жидкость-твердое тело или жидкость-газ.

Растворенное вещество также может быть жидкостью, которая смешивается с растворителем до определенной концентрации; в противном случае они могли бы смешиваться при всех концентрациях и не образовывали бы насыщенный раствор. Под смешивающимся понимается, что смесь двух жидкостей образует единую однородную фазу.

Если, с другой стороны, жидкое растворенное вещество не смешивается с растворителем, как в случае со смесью масла и воды, при добавлении наименьшего количества раствор становится насыщенным. В результате образуются две фазы: водная и масляная.

Растворы с осажденными солями

Некоторые соли устанавливают баланс растворимости из-за того, что взаимодействия между их ионами очень сильны, и они перегруппировываются в кристаллы, которые вода не может диссоциировать.

Этот тип гетерогенной системы также состоит из жидкой фазы и твердой фазы; Но, в отличие от насыщенных растворов, растворенное вещество представляет собой соль, для осаждения которой не требуется больших количеств.

Например, при смешивании двух водных растворов ненасыщенных солей, одного NaCl, а другого AgNO ₃ , осаждается нерастворимая соль AgCl. Хлорид серебра устанавливает равновесие растворимости в растворителе, при этом в резервуаре с водой наблюдается не совсем белое твердое вещество.

Таким образом, характеристики этих растворов зависят от типа образующегося осадка. В общем, соли хрома очень красочные, как и соли марганца, железа или какого-либо металлического комплекса. Этот осадок может быть кристаллическим, аморфным или гелеобразным твердым веществом.

Фазовые переходы

Глыба льда может составлять однородную систему, но когда она тает, она образует дополнительную фазу жидкой воды. Следовательно, фазовые переходы вещества также являются гетерогенными системами.

Кроме того, некоторые молекулы могут уходить с поверхности льда в паровую фазу. Это связано с тем, что давление пара имеет не только жидкая вода, но и лед, хотя и в меньшей степени.

Гетерогенные системы фазовых переходов применимы к любому веществу (чистому или нечистому). Таким образом, все твердые тела, которые плавятся, или жидкость, которая испаряется, относятся к этому типу системы.

Твердые вещества и газы

Очень распространенный класс гетерогенных систем в химии - твердые тела или газы с различными компонентами. Например, пицца на изображении попадает в эту классификацию. И если бы вместо сыра, паприки, анчоусов, ветчины, лука и т. Д. В нем были сера, уголь, фосфор и медь, то было бы другое неоднородное твердое вещество.

Сера выделяется своим желтым цветом; уголь за то, что он черный твердый; люминофор красный; и блестящая металлическая медь. Все они твердые, поэтому система состоит из фазы, но из нескольких компонентов. Примеры такого типа систем в повседневной жизни неисчислимы.

Также газы могут образовывать гетерогенные смеси, особенно если они имеют разный цвет или плотность. Они могут нести очень мелкие частицы, как это происходит с водой внутри облаков. По мере увеличения размеров они поглощают видимый свет, в результате чего облака становятся сероватыми.

Примером гетерогенной системы твердое тело-газ является дым, состоящий из очень мелких частиц углерода. По этой причине дым от неполного сгорания имеет черноватый цвет.

Методы фракционирования

Фазы или компоненты гетерогенной системы можно разделить, используя различия в их физических или химических свойствах. Таким образом, исходная система фракционируется до тех пор, пока не останутся только однородные фазы. Вот некоторые из наиболее распространенных методов.

Фильтрация

Фильтрация используется для отделения твердого вещества или осадка от жидкости. Таким образом, двум фазам удается разделиться, хотя и с определенной степенью примеси. По этой причине твердое вещество обычно промывают и затем сушат в печи. Эту процедуру можно выполнить либо с помощью вакуума, либо просто под действием силы тяжести.

Декантация

Этот метод также полезен для отделения твердого вещества от жидкости. Он несколько отличается от предыдущего тем, что твердое вещество, как правило, имеет твердую консистенцию и полностью оседает на дне емкости. Для этого просто наклоните горлышко емкости под подходящим углом, чтобы жидкость вытекала из нее.

Точно так же декантация позволяет разделить две жидкости, то есть систему жидкость-жидкость. В этом случае используется делительная воронка.

Двухфазная смесь (две несмешивающиеся жидкости) переносится в воронку, а жидкость с меньшей плотностью будет располагаться вверху; а тот, который имеет наибольшую плотность, в нижней части контактирует с выходным отверстием.

Источник: Pixabay

Верхнее изображение представляет делительную или делительную воронку. Эта посуда также используется для жидкостно-жидкостной экстракции; то есть, чтобы извлечь растворенное вещество из исходной жидкости путем добавления другой жидкости, в которой он еще более растворим.

Просеивание

Просеивание используется для разделения твердых компонентов разного размера. Очень часто на кухне можно найти сито или сито, чтобы очистить зерна, очистить пшеничную муку или удалить твердые остатки густых соков. В химии его можно использовать для отделения мелких кристаллов от более крупных.

намагничивание

Этот метод используется для систем твердое тело-твердое тело, в которых один или несколько компонентов притягиваются магнитом. Таким образом, исходная гетерогенная фаза очищается по мере удаления магнитом ферромагнитных элементов. Например, намагничивание используется для отделения белой жести от мусора.

Центрифугирование

Центрифугирование отделяет взвешенное твердое вещество от жидкости. Его нельзя фильтровать, потому что частицы плавают равномерно, занимая весь объем жидкости. Чтобы разделить две фазы, некоторое количество гетерогенной смеси подвергается воздействию центробежной силы, которая осаждает твердое вещество на дне центрифужной пробирки.

сублимация

Метод сублимационного разделения применяется только для летучих твердых веществ; то есть для тех, у кого высокое давление пара при низких температурах.

При нагревании гетерогенной смеси летучее твердое вещество уходит в газовую фазу. Примером его применения является очистка образца, загрязненного йодом или хлоридом аммония.

Примеры

До сих пор было упомянуто несколько примеров гетерогенных химических систем. В дополнение к ним ниже перечислены дополнительные, а также другие, не относящиеся к химическому контексту:

-Гранит, камни реки, горы или любой камень с прожилками многих цветов.

-Минералы также считаются гетерогенными системами, поскольку они состоят из различных типов твердых структур, состоящих из ионов. Его качества являются результатом взаимодействия ионов кристаллической структуры с примесями.

-Безалкогольные напитки. В них существует равновесие жидкость-газ, которое, уменьшая внешнее давление, снижает растворимость растворенного газа; по этой причине многие пузырьки (газообразные растворенные вещества) поднимаются к поверхности жидкости при открытии.

-Любая реакционная среда, которая включает реагенты в разных фазах и которая также требует магнитной мешалки, чтобы гарантировать более высокую скорость реакции.

-Гетерогенные катализаторы. Эти твердые вещества обеспечивают участки на своей поверхности или порах, где контакт между реагентами ускоряется, и они не вмешиваются и не подвергаются необратимому превращению в реакции.

-Фризовая стена, мозаичная стена или архитектурный дизайн здания.

-Многослойные желатины с множеством вкусов.

-Кубик Рубика.

Ссылки

1. Равновесие в гетерогенных системах. Получено с: science.uwaterloo.ca
2. Фернандес Г. (7 ноября 2010 г.). Однородные и гетерогенные системы. Получено с: quimicafisica.com
3. Джилл. (7 июня 2006 г.). Однородные и неоднородные системы. Получено с: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Примеры гетерогенной смеси. Получено с: examples.yourdictionary.com
5. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. В элементах группы 15. (издание четвертое). Мак Гроу Хилл.
6. Wikipedia. (2018). Однородность и неоднородность. Получено с: en.wikipedia.org
7. Ф. Холлеман, Эгон Виберг, Нильс Виберг. (2001). Неорганическая химия. Получено с: books.google.com