HETEROGĒNA SISTĒMA: RAKSTURLIELUMI, KLASIFIKĀCIJA UN METODES - ĶĪMIJA - 2025

Neviendabīga sistēma ir tā, ka daļa no visuma aizņem atomiem, molekulu vai jonu, tādā veidā, ka tie veido divi vai vairāk atšķirami fāzes. Ar "Visuma daļu" saprot pilienu, bumbiņu, reaktoru, klintis; un pa fāzēm līdz cietēšanas, šķidras vai gāzveida stāvoklim vai režīmam.

Sistēmas neviendabīgums dažādās definīciju jomās atšķiras. Tomēr šai koncepcijai ir daudz līdzību ēdiena gatavošanā un ķīmijā.

Avots: Pexels

Piemēram, pica, kuras virsma ir pildīta ar sastāvdaļām, piemēram, tā, kā parādīts iepriekš redzamajā attēlā, ir neviendabīga sistēma. Tāpat salāti, riekstu un graudu sajaukums vai gāzēts dzēriens tiek uzskatīti par neviendabīgām sistēmām.

Ņemiet vērā, ka tā elementi ir redzami no pirmā acu uzmetiena un tos var atdalīt manuāli. Kas par majonēzi? Vai pienu? No pirmā acu uzmetiena tās ir viendabīgas, bet mikroskopiski tās ir neviendabīgas sistēmas; precīzāk, tās ir emulsijas.

Ķīmijā sastāvdaļas sastāv no reaģentiem, daļiņām vai pētāmās vielas. Fāzes nav nekas cits kā minēto daļiņu fizikālie agregāti, kas nodrošina visas īpašības, kas raksturo fāzes. Tādējādi alkohola šķidrā fāze "uzvedas" atšķirīgi no ūdens un, vēl jo vairāk, no šķidrā dzīvsudraba fāzes.

Dažās sistēmās fāzes ir tikpat atpazīstamas kā piesātināta cukura šķīdums, kuras fonā ir kristāli. Katru no tiem pats par sevi var klasificēt kā viendabīgus: virs fāzes, ko veido ūdens, un zem tā - cietā fāze, kas sastāv no cukura kristāliem.

Ūdens-cukura sistēmas gadījumā mēs nerunājam par reakciju, bet gan par piesātinājumu. Citās sistēmās notiek matērijas transformācija. Vienkāršs piemērs ir sārmu metāla, piemēram, nātrija, un ūdens maisījums; Tas ir sprādzienbīstams, bet sākumā metāliskā nātrija gabalu ieskauj ūdens.

Tāpat kā majonēzes gadījumā, ķīmijā ir neviendabīgas sistēmas, kuras makroskopiski iziet viendabīgi, bet jaudīga mikroskopa gaismā to patiesās neviendabīgās fāzes spīd.

Heterogēnās sistēmas raksturojums

Kādas ir neviendabīgas ķīmiskās sistēmas īpašības? Kopumā tos var uzskaitīt šādi:

-Tie sastāv no divām vai vairākām fāzēm; citiem vārdiem sakot, tas nav vienveidīgs.

-Tā parasti var būt kāds no šiem fāžu pāriem: cieta-cieta, cieta-šķidra, cieta-gāze, šķidruma-šķidruma, šķidra-gāze; Turklāt visi trīs var atrasties tajā pašā cietās šķidrās gāzes sistēmā.

-Tās sastāvdaļas un fāzes ir atšķiramas, pirmkārt, ar neapbruņotu aci. Tāpēc ir pietiekami novērot sistēmu, lai izdarītu secinājumus no tās īpašībām; piemēram, krāsa, viskozitāte, kristālu izmērs un forma, smaka utt.

-Tā parasti ietver termodinamisko līdzsvaru vai augstu vai zemu afinitāti starp daļiņām vienā fāzē vai starp divām dažādām fāzēm.

-Fizikāli ķīmiskās īpašības atšķiras atkarībā no sistēmas reģiona vai virziena. Tādējādi vērtības, piemēram, kušanas temperatūrai, var svārstīties no viena heterogēnas cietas vielas reģiona līdz otram. Arī (visbiežāk sastopamais gadījums) krāsas vai nokrāsas mainās visā cietajā vielā (šķidrumā vai gāzē), salīdzinot.

-Tie ir vielu maisījumi; tas ir, tas neattiecas uz tīrām vielām.

Novērošanas pakāpe

Jebkuru viendabīgu sistēmu var uzskatīt par neviendabīgu, ja ir mainītas skalas vai novērošanas pakāpes. Piemēram, karafe, kas piepildīta ar tīru ūdeni, ir viendabīga sistēma, bet, tā kā tiek novērotas tās molekulas, to ir miljoniem ar savu ātrumu.

No molekulārā viedokļa sistēma joprojām ir viendabīga, jo tās ir tikai H ₂ O molekulas, bet, vēl vairāk samazinot novērošanas mērogu līdz atomu līmenim, ūdens kļūst neviendabīgs, jo tas nesastāv no viena veida atoms, bet ūdeņradis un skābeklis.

Tāpēc neviendabīgo ķīmisko sistēmu īpašības ir atkarīgas no novērošanas pakāpes. Ja ņem vērā mikroskopisko skalu, jūs varat sastapties ar daudzšķautņainām sistēmām.

Cietais A, acīmredzami viendabīgs un sudraba krāsā, varētu sastāvēt no vairākiem dažādu metālu slāņiem (ABCDAB…) un tāpēc būt neviendabīgs. Tāpēc A ir makroskopiski viendabīga, bet mikro (vai nano) līmenī ir neviendabīga.

Tāpat tie paši atomi ir neviendabīgas sistēmas, jo tie ir izgatavoti no vakuuma, elektroniem, protoniem, neitroniem un citām subatomiskām daļiņām (piemēram, kvarkiem).

Klasifikācija

Tad, ņemot vērā makroskopisko novērošanas pakāpi, kas nosaka redzamās pazīmes vai izmērāmu īpašību, neviendabīgas ķīmiskās sistēmas var klasificēt šādi:

Piesātinātie šķīdumi (šķidrums-šķidrums, šķidrums-cietais, šķidrums-gāze)

Piesātinātie šķīdumi ir tāda veida ķīmiska neviendabīga sistēma, kurā izšķīdinātā viela nevar turpināt izšķīst un veido fāzi, kas ir atšķirīga no šķīdinātāja fāzes. Šajā klasifikācijā ietilpst ūdens un cukura kristālu piemērs.

Šķīdinātāja molekulas sasniedz punktu, kur tās nevar uzņemt vai solvatēt izšķīdušo vielu. Tad papildu izšķīdinātā viela, cieta vai gāzveida, ātri pārgrupēsies, veidojot cietu vielu vai burbuļus; tas ir, šķidruma-cietās vai šķidrās-gāzes sistēma.

Šķīdinātā viela var būt arī šķidrums, kas viegli sajaucas ar šķīdinātāju līdz noteiktai koncentrācijai; pretējā gadījumā tie ir viegli sajaucami visās koncentrācijās un neveido piesātinātu šķīdumu. Ar sajaukšanos saprot, ka abu šķidrumu maisījums veido vienotu vienveidīgu fāzi.

Ja, no otras puses, šķidrais šķīdinātājs nav sajaucams ar šķīdinātāju, kā tas ir gadījumā ar eļļas un ūdens maisījumu, vismazākais pievienotais daudzums šķīdumam kļūst piesātināts. Rezultātā veidojas divas fāzes: viena ūdens un otra eļļaina.

Šķīdumi ar nogulsnētiem sāļiem

Daži sāļi rada šķīdības līdzsvaru sakarā ar to, ka to jonu mijiedarbība ir ļoti spēcīga un tie pārgrupējas kristālos, kurus ūdens nevar sadalīt.

Šāda veida neviendabīgā sistēma sastāv arī no šķidras un cietas fāzes; Bet atšķirībā no piesātinātajiem šķīdumiem izšķīdinātā viela ir sāls, kurai nav nepieciešami lieli daudzumi, lai izgulsnētos.

Piemēram, sajaucot divus šķīdumus ūdenī nepiesātināto sāļiem, kas ir viens no NaCl, un otrs no Agno ₃ , nogulsnējas nešķīstošā sāli AgCl. Sudraba hlorīds izveido šķīdības līdzsvaru šķīdinātājā, ūdens tvertnē tiek novērota gandrīz balta cieta viela.

Tādējādi šo šķīdumu īpašības ir atkarīgas no izveidoto nogulsņu veida. Kopumā hroma sāļi ir ļoti krāsaini, kā arī mangāna, dzelzs vai kāda metāla kompleksa sāļi. Šīs nogulsnes var būt kristāliska, amorfa vai želejveida cieta viela.

Fāžu pārejas

Ledus bloks var veidot viendabīgu sistēmu, bet, kad tas izkūst, tas veido papildu šķidrā ūdens fāzi. Tāpēc vielas fāžu pārejas ir arī neviendabīgas sistēmas.

Turklāt dažas molekulas var izkļūt no ledus virsmas tvaika fāzē. Tas ir saistīts ar faktu, ka ne tikai šķidrā ūdenī ir tvaika spiediens, bet arī ledus, lai arī mazākā mērā.

Fāžu pāreju neviendabīgās sistēmas attiecas uz jebkuru vielu (tīru vai netīru). Tādējādi visas cietās vielas, kas izkūst, vai šķidrums, kas iztvaiko, pieder pie šāda veida sistēmām.

Cietās vielas un gāzes

Ķīmiski ļoti izplatīta neviendabīgu sistēmu klase ir cietas vielas vai gāzes ar dažādiem komponentiem. Piemēram, picā attēlā ietilpst šī klasifikācija. Un, ja siera, paprikas, anšovu, šķiņķa, sīpolu uc vietā būtu sērs, ogles, fosfors un varš, tad būtu vēl viena neviendabīga cieta viela.

Sērs izceļas ar dzelteno krāsu; ogles kā melna cieta viela; fosfors ir sarkans; un spīdīgs, metālisks varš. Tāpēc visi ir cieti, tāpēc sistēma sastāv no fāzes, bet ar vairākiem komponentiem. Ikdienā šāda veida sistēmu piemēri nav aprēķināmi.

Arī gāzes var veidot neviendabīgus maisījumus, it īpaši, ja tiem ir dažādas krāsas vai blīvums. Tās var pārvadāt ļoti mazas daļiņas, kā tas notiek ar ūdeni mākoņu iekšpusē. Augot lielumam, tie absorbē redzamo gaismu, un rezultātā mākoņi kļūst pelēcīgi.

Neviendabīgas cietvielu gāzes sistēmas piemērs ir dūmi, ko veido ļoti mazas oglekļa daļiņas. Šī iemesla dēļ nepilnīgas sadegšanas dūmi ir melnā krāsā.

Frakcionēšanas metodes

Heterogēnas sistēmas fāzes vai komponentus var atdalīt, izmantojot atšķirības to fizikālajās vai ķīmiskajās īpašībās. Šādā veidā sākotnējā sistēma tiek frakcionēta, līdz paliek tikai viendabīgas fāzes. Dažas no biežākajām metodēm ir šādas.

Filtrēšana

Filtrēšanu izmanto, lai atdalītu cietas vielas vai nogulsnes no šķidruma. Tādējādi abas fāzes izdodas atdalīt, kaut arī ar noteiktu piemaisījumu līmeni. Šī iemesla dēļ cietvielu parasti mazgā un pēc tam žāvē cepeškrāsnī. Šo procedūru var veikt, izmantojot vakuumu vai vienkārši ar gravitācijas palīdzību.

Dekantēšana

Šī metode ir noderīga arī cietās vielas atdalīšanai no šķidruma. Tas nedaudz atšķiras no iepriekšējā, jo cietā viela parasti ir stingra konsistencē un ir pilnībā nogulsnējusies trauka apakšā. Lai to izdarītu, vienkārši nolieciet trauka muti piemērotā leņķī, lai šķidrums izplūst no tā.

Tāpat dekantēšana ļauj atdalīt divus šķidrumus, tas ir, šķidruma-šķidruma sistēmu. Šajā gadījumā tiek izmantota dalīšanas piltuve.

Divfāzu maisījumu (divus nesajaucamus šķidrumus) pārnes uz piltuvi, un šķidrums ar zemāku blīvumu atradīsies augšpusē; savukārt tā, kurai ir vislielākais blīvums, apakšējā daļā, saskarē ar izplūdes atveri.

Avots: Pixabay

Augšējais attēls apzīmē dalāmo vai atdalošo piltuvi. Šo stikla trauku izmanto arī šķidruma-šķidruma ekstrakcijai; tas ir, lai ekstrahētu izšķīdušo vielu no sākotnējā šķidruma, pievienojot vēl vienu šķidrumu, kurā tas vēl vairāk šķīst.

Izsijāšana

Sijāšanu izmanto, lai atdalītu dažāda lieluma cietās sastāvdaļas. Ļoti bieži virtuvē tiek atrasts siets vai siets, lai notīrītu graudus, attīrītu kviešu miltus vai no biezām sulām noņemtu cietus atlikumus. Ķīmijā to var izmantot, lai mazus kristālus atdalītu no lielākiem.

Magnetizācija

Šo metodi izmanto cietām un cietām sistēmām, kurās vienu vai vairākus komponentus piesaista magnēts. Tādējādi sākotnējā neviendabīgā fāze tiek attīrīta, jo magnēts noņem feromagnētiskos elementus. Piemēram, magnetizāciju izmanto, lai atdalītu skārdu no miskastes.

Centrifugēšana

Centrifugēšana atdala suspendēto cieto vielu no šķidruma. To nevar filtrēt, jo daļiņas vienmērīgi peld, aizņemot visu šķidruma tilpumu. Lai atdalītu abas fāzes, daudzumam neviendabīga maisījuma tiek veikts centrbēdzes spēks, kas nogulsnē cietu vielu centrifūgas caurules apakšā.

Sublimācija

Sublimācijas atdalīšanas metodi piemēro tikai gaistošām cietām vielām; tas ir, tiem, kam ir augsts tvaika spiediens zemā temperatūrā.

Karsējot neviendabīgo maisījumu, gaistošā cietviela izplūst gāzes fāzē. Tās piemērošanas piemērs ir ar jodu vai amonija hlorīdu piesārņota parauga attīrīšana.

Piemēri

Līdz šim ir minēti vairāki neviendabīgu ķīmisko sistēmu piemēri. Lai tos papildinātu, zemāk ir uzskaitīti citi, bet ārpus ķīmiskā konteksta:

- Granīts, upes akmeņi, kalni vai jebkura klints ar daudzkrāsainām vēnām.

-Minerāli tiek uzskatīti arī par neviendabīgām sistēmām, jo ​​tos veido dažāda veida cietas struktūras, kas sastāv no joniem. Tās īpašības ir mijiedarbības starp kristāliskās struktūras joniem un piemaisījumiem rezultāts.

-Mīkstie dzērieni. Tajos ir šķidrās gāzes līdzsvars, kas, samazinot ārējo spiedienu, samazina izšķīdušās gāzes šķīdību; šī iemesla dēļ tiek novēroti daudzi burbuļi (gāzveida šķīdums), kas, nonākot šķidrumā, paceļas uz šķidruma virsmas.

- Jebkurai reakcijas videi, kurā dažādās fāzēs ietilpst reaģenti, un kurai ir nepieciešams arī magnētiskais maisītājs, lai garantētu lielāku reakcijas ātrumu.

- neviendabīgi katalizatori. Šīs cietās vielas nodrošina vietas uz to virsmas vai porām, kur tiek paātrināts kontakts starp reaģentiem, un tās neiejaucas vai neveic neatgriezeniskas pārvērtības reakcijā.

-Frīzes siena, mozaīkas siena vai ēkas arhitektūras projekts.

- daudzslāņu daudzu garšu želatīni.

-A Rubika kubs.

Atsauces

1. Līdzsvars neviendabīgās sistēmās. Atgūts no: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (2010. gada 7. novembris). Homogēnas un neviendabīgas sistēmas. Atgūts no: quimicafisica.com
3. Džils. (2006. gada 7. jūnijs). Homogēnas un neviendabīgas sistēmas. Atgūts no: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Heterogēna maisījuma piemēri. Atgūts no: piemēri.jūsu jurisdikcija.com
5. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. 15. grupas elementos (ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogenitāte un neviendabīgums. Atgūts no: en.wikipedia.org
7. F. Hollemans, Egons Vībergs, Nils Vībergs. (2001). Neorganiskā ķīmija. Atgūts no: books.google.com