HETEROGENINĖ SISTEMA: CHARAKTERISTIKOS, KLASIFIKACIJA IR METODAI - CHEMIJA - 2025

Nevienalytė sistema yra tai, kad visatos dalis užima atomų, molekulių arba jonų, tokiu būdu, kad jie sudaro du arba daugiau atskiriamų etapus. „Visatos dalis“ suprantama kaip lašas, rutulys, reaktorius, akmenys; ir pagal fazę iki kietos, skystos ar dujinės agregacijos būklės ar būdo.

Sistemos nevienalytiškumas skiriasi, atsižvelgiant į jos apibrėžimą, priklausomai nuo žinių srities. Tačiau ši sąvoka turi daug panašumų virimo ir chemijos srityse.

Šaltinis: Pexels

Pvz., Pica, kurios paviršius supakuotas su ingredientais, kaip antai aukščiau esančiame paveikslėlyje, yra nevienalytė sistema. Salotos, riešutų ir grūdų mišinys arba gazuotas gėrimas taip pat laikomi nevienalytėmis sistemomis.

Atminkite, kad jo elementai yra matomi iš pirmo žvilgsnio ir juos galima atskirti rankiniu būdu. O majonezas? Ar pienas? Iš pirmo žvilgsnio jie yra homogeniniai, tačiau mikroskopiškai yra nevienalytės sistemos; tiksliau, tai yra emulsijos.

Chemijoje ingredientus sudaro reagentai, dalelės arba tiriama medžiaga. Fazės yra ne kas kita, kaip minėtų dalelių fiziniai agregatai, suteikiantys visas fazes apibūdinančias savybes. Taigi skystoji alkoholio fazė „elgiasi“ kitaip nei vanduo, o juo labiau - skysto gyvsidabrio fazė.

Kai kuriose sistemose fazės yra tokios pat atpažįstamos kaip prisotinto cukraus tirpalas, kurio fone yra kristalai. Kiekvienas iš jų savaime gali būti klasifikuojamas kaip vienalytis: virš vandens suformuotos fazės, o žemiau - kietos fazės, sudarytos iš cukraus kristalų.

Vandens ir cukraus sistemos atveju mes kalbame ne apie reakciją, o apie prisotinimą. Kitose sistemose vyksta materijos transformacija. Paprastas pavyzdys yra šarminio metalo, pavyzdžiui, natrio, ir vandens mišinys; Tai sprogi, tačiau iš pradžių metalinio natrio gabalą supa vanduo.

Kaip ir majonezas, chemijoje yra nevienalytės sistemos, kurios makroskopiškai pereina į vienalytę, tačiau galingo mikroskopo šviesoje šviečia tikrosios jų nevienalytės fazės.

Heterogeninės sistemos charakteristika

Kokios yra nevienalytės cheminės sistemos savybės? Apskritai juos galima išvardyti taip:

-Jie yra sudaryti iš dviejų ar daugiau fazių; kitaip tariant, ji nėra vienoda.

-Jį paprastai gali sudaryti bet kuri iš šių fazių porų: kieta-kieta, kieta-skysta, kieta-dujos, skysta-skysta, skysta-dujos; Be to, visi trys gali būti toje pačioje kietų-skystų dujų sistemoje.

-Jo komponentai ir fazės pirmiausia yra atskirti plika akimi. Todėl pakanka stebėti sistemą, kad būtų padarytos išvados iš jos savybių; pavyzdžiui, spalva, klampumas, kristalų dydis ir forma, kvapas ir kt.

- Paprastai tai susiję su termodinamine pusiausvyra arba dideliu ar mažu afinitetu tarp dalelių vienoje fazėje arba tarp dviejų skirtingų fazių.

-Fizikinės ir cheminės savybės skiriasi priklausomai nuo sistemos regiono ar krypties. Taigi, pavyzdžiui, lydymosi temperatūros vertės gali svyruoti nuo vienos heterogeniškos kietos medžiagos srities iki kitos. Taip pat (dažniausiai pasitaikantis atvejis) spalvos ar atspalviai keičiasi kietose medžiagose (skystose ar dujinėse) lyginant.

-Jie yra medžiagų mišiniai; tai yra, jis netaikomas grynoms medžiagoms.

Stebėjimo laipsnis

Bet kuri vienalytė sistema gali būti laikoma nevienalytė, jei yra pakoreguotos skalės arba laipsniai. Pavyzdžiui, karafė, pripildyta gryno vandens, yra vienalytė sistema, tačiau stebint jos molekules, jų yra milijonai su savo greičiu.

Molekuliniu požiūriu sistema ir toliau yra vienalytė, nes tai yra tik H ₂ O molekulės, tačiau, dar labiau sumažindamas stebėjimo skalę iki atomų lygių, vanduo tampa nevienalytis, nes jis nėra sudarytas iš vieno tipo. atomas, bet vandenilis ir deguonis.

Todėl nevienalyčių cheminių sistemų charakteristikos priklauso nuo stebėjimo laipsnio. Jei atsižvelgsite į mikroskopinę skalę, galite susidurti su daugialypėmis sistemomis.

Kieta A, matyt, vienalytė ir sidabrinės spalvos, gali būti sudaryta iš kelių skirtingų metalų sluoksnių (ABCDAB…) ir todėl būti nevienalytė. Todėl A yra makroskopiškai homogeninė, tačiau nevienalytė mikro (arba nano) lygmenyse.

Taip pat tie patys atomai yra nevienalytės sistemos, nes jie yra sudaryti iš vakuumo, elektronų, protonų, neutronų ir kitų subatominių dalelių (tokių kaip kvarkai).

klasifikacija

Atsižvelgiant į makroskopinį stebėjimo laipsnį, kuris apibūdina matomas charakteristikas ar išmatuojamą savybę, heterogeniškas chemines sistemas galima klasifikuoti taip:

Sotieji tirpalai (skystas-skystas, skystas-kietas, skystas-dujos)

Sotieji tirpalai yra tam tikros rūšies cheminė nevienalytė sistema, kurioje tirpi medžiaga negali toliau ištirpti ir sudaro fazę, atskirą nuo tirpiklio. Vandens ir cukraus kristalų pavyzdys patenka į šią klasifikaciją.

Tirpiklio molekulės pasiekia tašką, kuriame jos negali sutalpinti ar solvuoti tirpios medžiagos. Tada papildoma tirpi medžiaga, kieta ar dujinė, greitai pergrupės, sudarydama kietą medžiagą ar burbuliukus; tai yra skysta-kieta arba skysta-dujine sistema.

Tirpus tirpalas taip pat gali būti skystis, kuris maišosi su tirpikliu iki tam tikros koncentracijos; kitaip jie bus maišomi visomis koncentracijomis ir nesudarys prisotinto tirpalo. Maišant suprantama, kad dviejų skysčių mišinys sudaro vieną vienodą fazę.

Kita vertus, jei skystas tirpiklis nesimaišo su tirpikliu, kaip tai daroma su aliejaus ir vandens mišiniu, mažiausiai pridėjus tirpalo, jis tampa sotus. Dėl to susidaro dvi fazės: viena vandeninė, o kita riebi.

Tirpalai su nusodintomis druskomis

Kai kurios druskos sukuria tirpumo pusiausvyrą dėl to, kad jų jonų sąveika yra labai stipri ir jie sugrupuojasi į kristalus, kurių vanduo negali atskirti.

Šio tipo nevienalytė sistema taip pat susideda iš skystosios ir kietosios fazių; Tačiau, skirtingai nuo sočiųjų tirpalų, tirpioji medžiaga yra druska, kuriai nusodinti nereikia didelių kiekių.

Pavyzdžiui, maišymo du vandeniniai tirpalai nesočiųjų druskų, vieną iš NaCl ir kitas iš AgNO ₃ , nusodina netirpios druskos AgCl. Sidabro chloridas sukuria tirpumo pusiausvyrą tirpiklyje, o vandeniniame indelyje pastebima beveik balta kieta medžiaga.

Taigi šių tirpalų charakteristikos priklauso nuo susidariusių nuosėdų rūšies. Apskritai, chromo druskos yra labai spalvingos, taip pat mangano, geležies ar kokio nors metalo komplekso druskos. Šios nuosėdos gali būti kristalinė, amorfinė arba želatininė kieta medžiaga.

Faziniai perėjimai

Ledo blokas gali sudaryti vienalytę sistemą, tačiau kai jis ištirpsta, jis sudaro papildomą skysto vandens fazę. Todėl cheminės medžiagos faziniai perėjimai taip pat yra nevienalytės sistemos.

Be to, kai kurios molekulės gali išlįsti iš ledo paviršiaus į garų fazę. Taip yra dėl to, kad ne tik skystas vanduo turi garų slėgį, bet ir ledas, nors mažesniu mastu.

Įvairioms medžiagoms (grynoms ar nešvarioms) taikomos nevienalytės fazių perėjimo sistemos. Taigi visos kietos medžiagos, kurios ištirpsta, arba skystis, kuris išgaruoja, priklauso šiai sistemai.

Kietosios medžiagos ir dujos

Chemijoje labai dažna heterogeninių sistemų klasė yra kietosios medžiagos arba dujos su įvairiais komponentais. Pavyzdžiui, picos paveikslėlyje patenka į šią klasifikaciją. Ir jei vietoj sūrio, paprikos, ančiuvių, kumpio, svogūnų ir tt jis turėtų sieros, anglių, fosforo ir vario, tada būtų dar viena nevienalytė kieta medžiaga.

Siera išsiskiria savo geltona spalva; akmens anglys kaip juoda kieta medžiaga; fosforas yra raudonas; ir blizgantis metalinis varis. Visi šie elementai yra vientisi, todėl sistemą sudaro fazė, tačiau ją sudaro keli komponentai. Kasdieniniame gyvenime šios sistemos pavyzdžiai yra neskaičiuojami.

Be to, dujos gali sudaryti nevienalyčius mišinius, ypač jei jų spalvos ar tankis yra skirtingas. Jie gali pernešti labai mažas daleles, kaip tai nutinka vandenyje debesų viduje. Augant jų dydžiui, jie sugeria matomą šviesą ir dėl to debesys tampa pilkšvi.

Heterogeniškos kietųjų dujų sistemos pavyzdys yra dūmai, kuriuos sudaro labai mažos anglies dalelės. Dėl šios priežasties nepilno degimo dūmai yra juodos spalvos.

Frakcijavimo metodai

Heterogeninės sistemos fazes ar komponentus galima atskirti, atsižvelgiant į jų fizinių ar cheminių savybių skirtumus. Tokiu būdu pradinė sistema yra dalinama, kol lieka tik vienalytės fazės. Kai kurie iš labiau paplitusių metodų yra šie.

Filtravimas

Filtravimas naudojamas kietai medžiagai arba nuosėdoms atskirti nuo skysčio. Taigi abi fazes pavyksta atskirti, nors ir su tam tikru nešvarumu. Dėl šios priežasties kietos medžiagos paprastai plaunamos ir džiovinamos orkaitėje. Ši procedūra gali būti atliekama naudojant vakuumą arba tiesiog gravitacijos būdu.

Dekancija

Šis metodas taip pat naudingas kietai medžiagai atskirti nuo skysčio. Jis šiek tiek skiriasi nuo ankstesniojo tuo, kad kietoji medžiaga yra tvirtos konsistencijos ir visiškai nusėda konteinerio apačioje. Norėdami tai padaryti, tiesiog pakreipkite talpyklos burną tinkamu kampu, kad iš jos tekėtų skystis.

Panašiai dekanavimas leidžia atskirti du skysčius, tai yra skysčio-skysčio sistemą. Tokiu atveju naudojamas atskyrimo piltuvas.

Dvifazis mišinys (du nesimaišantys skysčiai) perpilamas į piltuvą, o mažesnio tankio skystis bus viršuje; tuo tarpu, kurio tankis didžiausias, apatinėje dalyje liečiasi su išėjimo anga.

Šaltinis: „Pixabay“

Viršutinis paveikslėlis parodo skiriamąjį arba skiriamąjį piltuvą. Šis stiklinis indas taip pat naudojamas skysčio-skysčio ekstrakcijai; y., kad iš pradinio skysčio būtų galima išgauti tirpią medžiagą, pridedant kitą skystį, kuriame jis dar labiau tirpsta.

Sijojimas

Sijojimas naudojamas atskirti kietus skirtingo dydžio komponentus. Labai įprasta rasti sietą ar sietą virtuvės viduje, kad būtų galima išvalyti grūdus, išvalyti kvietinius miltus arba pašalinti tirštas sultis iš kietų likučių. Chemijoje jis gali būti naudojamas atskirti mažus kristalus nuo didesnių.

Įmagnetinimas

Šis metodas naudojamas tvirtoms ir kietoms sistemoms, kuriose vienas ar daugiau komponentų traukia magnetas. Taigi pradinė nevienalytė fazė yra išgryninta, nes magnetas pašalina feromagnetinius elementus. Pavyzdžiui, įmagnetinimas yra naudojamas atskirti skardą nuo šiukšlių.

Centrifugavimas

Centrifugavimas išskiria suspenduotą kietą medžiagą iš skysčio. Jis negali būti filtruojamas, nes dalelės tolygiai plaukia, užimdamos visą skysčio tūrį. Norint atskirti dvi fazes, tam tikram heterogeninio mišinio kiekiui taikoma išcentrinė jėga, kuri nusodina kietą medžiagą išcentrifugavimo vamzdžio apačioje.

Sublimacija

Sublimacijos atskyrimo metodas taikomas tik lakinėms kietosioms medžiagoms; tai yra tiems, kurių aukštas garų slėgis žemoje temperatūroje.

Kaitinant nevienalytį mišinį, lakioji kieta medžiaga išeina į dujų fazę. Jo taikymo pavyzdys yra mėginio, užteršto jodu arba amonio chloridu, gryninimas.

Pavyzdžiai

Iki šiol buvo paminėti keli nevienalyčių cheminių sistemų pavyzdžiai. Norėdami juos papildyti, toliau išvardytos papildomos, o kitos, nepriklausančios cheminėms aplinkybėms:

- Granitas, upės akmenys, kalnai ar bet kokia uoliena, turinti daugybę spalvų venų.

- Mineralai taip pat laikomi nevienalytėmis sistemomis, nes jie yra sudaryti iš įvairių rūšių kietų struktūrų, sudarytų iš jonų. Jo savybės yra kristalinės struktūros jonų ir priemaišų sąveikos produktas.

-Gaivieji gėrimai. Juose yra skysčių-dujų pusiausvyra, kuri, mažindama išorinį slėgį, mažina ištirpusių dujų tirpumą; dėl šios priežasties pastebima daug burbuliukų (dujinės tirpios medžiagos), kylančių į skysčio paviršių, kai jie neatidaromi.

- Bet kuri reakcijos terpė, kurioje yra reagentų skirtingose ​​fazėse ir kuriai reikalingas magnetinis maišiklis, kad būtų užtikrintas didesnis reakcijos greitis.

-Heterogeniniai katalizatoriai. Šios kietosios dalelės jų paviršiuje ar porose sukuria vietas, kur pagreitėja kontaktas tarp reagentų, ir jos nesikiša arba negrįžtamai virsta reakcija.

- Fryzinė siena, mozaikinė siena arba pastato architektūrinis projektas.

- Daugiasluoksnis daugelio skonių želatina.

-A Rubiko kubas.

Nuorodos

1. Pusiausvyra nevienalytėse sistemose. Atkurta iš: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (2010 m. Lapkričio 7 d.). Homogeninės ir nevienalytės sistemos. Atkurta iš: quimicafisica.com
3. Džilė. (2006 m. Birželio 7 d.). Homogeninės ir nevienalytės sistemos. Atkurta iš: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018 m.). Heterogeninio mišinio pavyzdžiai. Atkurta iš pavyzdžių: jūsų jurisdikcija.com
5. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. Dalyje 15 grupės elementai (ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
6. Vikipedija. (2018 m.). Homogeniškumas ir heterogeniškumas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
7. F. Hollemanas, Egonas Wibergas, Nilsas Wibergas. (2001). Neorganinė chemija. Atkurta iš: books.google.com