HETEROGÉNNY SYSTÉM: CHARAKTERISTIKA, KLASIFIKÁCIA A METÓDY - CHÉMIA - 2024

Heterogénne systém, je tá časť vesmíru obsadený atómov, molekúl alebo iónov, a to takým spôsobom, že tvoria dve alebo viac rozoznateľné fáz. Pod pojmom „časť vesmíru“ sa rozumie kvapka, guľa, reaktor, horniny; a fázovo, do stavu alebo spôsobu agregácie, či už pevného, ​​kvapalného alebo plynného.

Heterogenita systému sa líši od jeho definície k jednej oblasti znalostí. Tento koncept však zdieľa mnohé podobnosti v rámci varenia a chémie.

Zdroj: Pexels

Napríklad pizza s povrchom naplneným ingredienciami, ako je tá na obrázku vyššie, je heterogénny systém. Podobne šalát, zmes orechov a zŕn alebo šumivý nápoj sa tiež považujú za heterogénne systémy.

Upozorňujeme, že jeho prvky sú na prvý pohľad viditeľné a je ich možné oddeliť ručne. A čo majonéza? Alebo mlieko? Na prvý pohľad sú homogénne, ale mikroskopicky sú to heterogénne systémy; konkrétnejšie sú to emulzie.

V chémii pozostávajú zložky z reagentov, častíc alebo skúmanej látky. Fázy nie sú ničím iným ako fyzikálnymi agregátmi uvedených častíc, ktoré poskytujú všetky vlastnosti, ktoré charakterizujú tieto fázy. Kvapalná fáza alkoholu sa teda „správa“ inak ako voda, a ešte viac tekutej ortuti.

V niektorých systémoch sú fázy rovnako rozoznateľné ako nasýtený roztok cukru s kryštálmi v pozadí. Každý z nich môže byť klasifikovaný ako homogénny: nad fázou tvorenou vodou a pod pevnou fázou zloženou z kryštálov cukru.

V prípade systému voda-cukor nehovoríme o reakcii, ale o nasýtení. V iných systémoch je prítomná premena hmoty. Jednoduchým príkladom je zmes alkalického kovu, ako je sodík a voda; Je výbušný, ale najprv je kovový sodík obklopený vodou.

Rovnako ako v prípade majonézy existujú v chémii heterogénne systémy, ktoré makroskopicky prechádzajú na homogénne, ale pod svetlom silného mikroskopu svietia ich skutočné heterogénne fázy.

Charakteristiky heterogénneho systému

Aké sú charakteristiky heterogénneho chemického systému? Vo všeobecnosti môžu byť uvedené nasledovne:

- sú zložené z dvoch alebo viacerých fáz; inými slovami, nie je jednotný.

- Vo všeobecnosti môže pozostávať z ktoréhokoľvek z nasledujúcich párov fáz: tuhá látka - tuhá látka, tuhá látka - kvapalina, tuhá látka - plyn, kvapalina - kvapalina, kvapalina - plyn; Ďalej môžu byť všetky tri prítomné v rovnakom systéme tuhá látka-kvapalina-plyn.

- Prvky a fázy sú odlíšiteľné voľným okom. Preto postačuje pozorovať systém, aby z jeho charakteristík vyvodil závery; ako je farba, viskozita, veľkosť a tvar kryštálov, zápach atď.

- Zvyčajne zahŕňa termodynamickú rovnováhu alebo vysokú alebo nízku afinitu medzi časticami vo fáze alebo medzi dvoma rôznymi fázami.

- Fyzikálno-chemické vlastnosti sa líšia v závislosti od oblasti alebo smeru systému. Hodnoty napríklad teploty topenia sa teda môžu pohybovať od jednej oblasti heterogénnej tuhej látky k druhej. Tiež (najbežnejší prípad) sa farby alebo odtiene menia v celej tuhej látke (kvapalina alebo plyn), keď sú porovnávané.

- Sú to zmesi látok; to znamená, že sa nevzťahuje na čisté látky.

Stupeň pozorovania

Akýkoľvek homogénny systém možno považovať za heterogénny, ak sa zmenili mierky alebo stupne pozorovania. Napríklad karafa naplnená čistou vodou je homogénny systém, ale ako sú pozorované jej molekuly, existujú milióny z nich s vlastnou rýchlosťou.

Z molekulárneho hľadiska, systém pokračuje byť homogénna, pretože je iba H ₂ O molekuly , ale tým, že ďalej znižuje rozsah pozorovaní na atómovej úrovni, sa voda stane heterogénne, pretože sa neskladá z jedného typu atóm vodíka a kyslíka.

Preto charakteristiky heterogénnych chemických systémov závisia od stupňa pozorovania. Ak uvažujete o mikroskopickej mierke, môžete naraziť na mnohostranné systémy.

Tuhá látka A, zjavne homogénna a striebornej farby, by mohla pozostávať z viacerých vrstiev rôznych kovov (ABCDAB …), a preto by mohla byť heterogénna. Preto je A makroskopicky homogénna, ale heterogénna na mikro (alebo nano) úrovni.

Rovnaké atómy sú tiež heterogénne systémy, pretože sú vyrobené z vákua, elektrónov, protónov, neutrónov a ďalších subatomárnych častíc (ako sú kvarky).

klasifikácia

Vzhľadom na makroskopický stupeň pozorovania, ktorý definuje viditeľné charakteristiky alebo merateľné vlastnosti, možno heterogénne chemické systémy klasifikovať nasledujúcimi spôsobmi:

Nasýtené roztoky (kvapalina-kvapalina, kvapalina-pevná látka, kvapalina-plyn)

Nasýtené roztoky sú typom chemického heterogénneho systému, v ktorom sa rozpustená látka nemôže ďalej rozpúšťať a tvorí fázu oddelenú od fázy rozpúšťadla. Príklad kryštálov vody a cukru spadá do tejto klasifikácie.

Molekuly rozpúšťadla sa dostávajú do bodu, v ktorom sa nemôžu solvatovať alebo solvatovať. Potom sa ďalšia rozpustená látka, tuhá alebo plynná, rýchlo preskupí za vzniku tuhej látky alebo bublín; to znamená systém kvapalina-pevná látka alebo kvapalina-plyn.

Solut môže byť tiež kvapalina, ktorá je miešateľná s rozpúšťadlom až do určitej koncentrácie; inak by boli miešateľné vo všetkých koncentráciách a netvorili by nasýtený roztok. Miešateľným sa rozumie, že zmes týchto dvoch kvapalín tvorí jednu jednotnú fázu.

Ak je na druhej strane tekutá rozpustená látka nemiešateľná s rozpúšťadlom, ako je to v prípade zmesi oleja a vody, najmenšie pridané množstvo sa roztok nasýti. Výsledkom sú dve fázy: jedna vodná a druhá olejová.

Roztoky s vyzrážanými soľami

Niektoré soli vytvárajú rovnováhu rozpustnosti v dôsledku skutočnosti, že interakcie medzi ich iónmi sú veľmi silné a zoskupujú sa do kryštálov, ktoré voda nemôže disociovať.

Tento typ heterogénneho systému tiež pozostáva z kvapalnej fázy a tuhej fázy; Na rozdiel od nasýtených roztokov je však solut sol, ktorá nevyžaduje zrážanie veľkého množstva.

Napríklad, miešanie dvoch vodných roztokov nenasýtených solí, jeden z chloridu sodného a druhá s dusičnanom strieborným ₃ , vyzráža nerozpustné soli AgCl. Chlorid strieborný vytvára rovnováhu rozpustnosti v rozpúšťadle, pričom vo vodnej nádobe je pozorovaná belavá pevná látka.

Charakteristiky týchto roztokov teda závisia od typu vytvorenej zrazeniny. Všeobecne sú soli chrómu veľmi farebné, rovnako ako soli mangánu, železa alebo nejakého kovového komplexu. Táto zrazenina môže byť kryštalická, amorfná alebo želatínová pevná látka.

Fázové prechody

Blok ľadu môže tvoriť homogénny systém, ale keď sa topí, tvorí ďalšiu fázu tekutej vody. Fázové prechody látky sú preto tiež heterogénnymi systémami.

Niektoré molekuly môžu navyše unikať z povrchu ľadu do parnej fázy. Je to spôsobené skutočnosťou, že nielen kvapalná voda má tlak pary, ale aj ľad, hoci v menšej miere.

Heterogénne systémy fázových prechodov sa vzťahujú na každú látku (čistú alebo nečistú). Teda všetky tuhé látky, ktoré sa topia, alebo kvapalina, ktorá sa odparuje, patria do tohto typu systému.

Tuhé látky a plyny

Veľmi bežnou triedou heterogénnych systémov v chémii sú tuhé látky alebo plyny s rôznymi zložkami. Napríklad pizza na obrázku spadá do tejto klasifikácie. Ak by namiesto syra, papriky, sardely, šunky, cibule atď. Obsahoval síru, uhlie, fosfor a meď, potom by existovala ďalšia heterogénna pevná látka.

Síra vyniká svojou žltou farbou; uhlie ako čierna tuhá látka; fosfor je červený; a lesklá kovová meď. Všetky sú pevné, preto systém pozostáva z fázy, ale s niekoľkými zložkami. V každodennom živote sú príklady tohto typu systému nevypočítateľné.

Plyn môže tiež vytvárať heterogénne zmesi, najmä ak majú rôzne farby alebo hustoty. Môžu niesť veľmi malé častice, ako sa vyskytuje s vodou vo vnútri mrakov. S pribúdajúcou veľkosťou absorbujú viditeľné svetlo a v dôsledku toho sa oblaky sivú.

Príkladom heterogénneho systému tuhých plynov je dym, ktorý sa skladá z veľmi malých častíc uhlíka. Z tohto dôvodu je dym z neúplného spaľovania načierno.

Frakcionačné metódy

Fázy alebo komponenty heterogénneho systému sa môžu separovať s využitím rozdielov vo svojich fyzikálnych alebo chemických vlastnostiach. Týmto spôsobom sa pôvodný systém frakcionuje, až kým nezostanú iba homogénne fázy. Niektoré z najbežnejších metód sú nasledujúce.

filtrácia

Filtrácia sa používa na oddelenie tuhej látky alebo zrazeniny od kvapaliny. Obidve fázy sa teda dajú oddeliť, aj keď s určitou úrovňou nečistoty. Z tohto dôvodu sa tuhá látka zvyčajne premyje a následne suší v peci. Tento postup sa dá vykonať buď pomocou vákua, alebo jednoducho gravitáciou.

dekantácia

Tento spôsob je tiež užitočný na oddelenie tuhej látky od kvapaliny. Trochu sa líši od predchádzajúceho v tom, že pevná látka je vo všeobecnosti pevná v konzistencii a je úplne usadená na dne nádoby. Za týmto účelom jednoducho nakloňte ústie zásobníka pod vhodným uhlom, aby z neho tekutina vytiekla.

Podobne dekantácia umožňuje oddelenie dvoch kvapalín, to znamená systému kvapalina-kvapalina. V tomto prípade sa používa oddeľovací lievik.

Dvojfázová zmes (dve nemiešateľné kvapaliny) sa prenesie do lievika a kvapalina s nižšou hustotou bude umiestnená hore; zatiaľ čo ten s najvyššou hustotou v dolnej časti je v kontakte s výstupným otvorom.

Zdroj: Pixabay

Horný obrázok predstavuje oddeľovací alebo oddeľovací lievik. Toto sklo sa používa aj na extrakciu kvapalina-kvapalina; to znamená extrahovať rozpustenú látku z počiatočnej kvapaliny pridaním inej kvapaliny, v ktorej je ešte rozpustnejšia.

preosievanie

Preosievanie sa používa na oddelenie pevných zložiek rôznych veľkostí. Veľmi časté je nájsť v kuchyni sito alebo sito na čistenie zŕn, čistenie pšeničnej múky alebo odstránenie pevných zvyškov z hustých štiav. V chémii sa môže použiť na oddelenie malých kryštálov od väčších.

magnetizácie

Táto metóda sa používa pre systémy tuhých látok a tuhých látok, kde jedna alebo viac súčastí priťahuje magnet. Počiatočná heterogénna fáza sa teda čistí, keď magnet odstraňuje feromagnetické prvky. Napríklad magnetizácia sa používa na oddelenie pocínovaného plechu od koša.

odstreďovanie

Centrifugácia oddeľuje suspendovanú pevnú látku od kvapaliny. Nedá sa filtrovať, pretože častice plávajú rovnomerne a zaberajú celý objem kvapaliny. Na oddelenie obidvoch fáz sa množstvo heterogénnej zmesi podrobí odstredivej sile, ktorá sedimentuje tuhú látku na dne centrifugačnej skúmavky.

sublimácie

Metóda separácie sublimácie sa používa iba pre prchavé pevné látky; to znamená pre tých, ktorí majú vysoký tlak pár pri nízkych teplotách.

Zahrievaním heterogénnej zmesi prchavá tuhá látka uniká do plynnej fázy. Príkladom jeho aplikácie je čistenie vzorky kontaminovanej jódom alebo chloridom amónnym.

Príklady

Doteraz bolo uvedených niekoľko príkladov heterogénnych chemických systémov. Na ich doplnenie sú uvedené ďalšie a ďalšie mimo chemického kontextu:

- Žula, kamene rieky, hory alebo akýkoľvek kameň so žilami mnohých farieb.

-Minerály sa tiež počítajú ako heterogénne systémy, pretože sú tvorené rôznymi typmi pevných štruktúr tvorených iónmi. Jeho vlastnosti sú výsledkom interakcie medzi iónmi kryštalickej štruktúry a nečistotami.

- Nealkoholické nápoje. V nich je rovnováha kvapalina-plyn, ktorá znížením vonkajšieho tlaku znižuje rozpustnosť rozpusteného plynu; z tohto dôvodu sa pozoruje veľa bublín (plynná rozpustená látka), ktoré pri odkrytí stúpajú na povrch kvapaliny.

-Každé reakčné médium, ktoré obsahuje činidlá v rôznych fázach a ktoré tiež vyžaduje magnetické miešadlo, aby sa zaručila vyššia reakčná rýchlosť.

- Heterogénne katalyzátory. Tieto pevné látky poskytujú miesta na svojom povrchu alebo póroch, kde je kontakt medzi reaktantmi zrýchlený a nezasahujú ani neprechádzajú nezvratnou transformáciou v reakcii.

- múr vlysu, mozaiková stena alebo architektonický návrh budovy.

- Viacvrstvové želatíny mnohých chutí.

- Rubikova kocka.

Referencie

1. Rovnováha v heterogénnych systémoch. Získané z: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7. november 2010). Homogénne a heterogénne systémy. Obnovené z: quimicafisica.com
3. Jill. (7. júna 2006). Homogénne a heterogénne systémy. Získané z: chemistryforstudents.blogspot.com
4. Navajo otvorená encyklopédia. (2018). Príklady heterogénnej zmesi. Obnovené z: example.yourdictionary.com
5. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. V Prvkoch skupiny 15. (štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogenita a heterogenita. Obnovené z: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Anorganická chémia. Obnovené z: books.google.com