HETEROGENE SYSTEM: EGENSKABER, KLASSIFICERING OG METODER - KEMI - 2025

Et heterogent system er den del af universet, der er besat af atomer, molekyler eller ioner, på en sådan måde, at de danner to eller flere adskilte faser. Ved "del af universet" forstås et dråbe, en kugle, reaktoren, klipper; og efter fase til en tilstand eller tilstand af aggregering, hvad enten det er fast, flydende eller luftformigt.

Et systems heterogenitet varierer fra dets definition fra et videnfelt til et andet. Imidlertid deler dette koncept mange ligheder inden for madlavning og kemi.

Kilde: Pexels

For eksempel er en pizza med dens overflade fyldt med ingredienser, som den på billedet ovenfor, et heterogent system. Tilsvarende tæller salat, en blanding af nødder og korn eller en fizzy drink også som heterogene systemer.

Bemærk, at dens elementer er synlige ved første øjekast og kan adskilles manuelt. Hvad med mayonnaise? Eller mælk? Ved første øjekast er de homogene, men mikroskopisk er de heterogene systemer; mere specifikt er det emulsioner.

Inden for kemi består ingredienser af reagenser, partikler eller et stof, der undersøges. Faserne er intet andet end fysiske aggregater af nævnte partikler, der tilvejebringer alle de kvaliteter, der karakteriserer faserne. Alkoholens "flydende fase" opfører sig således forskelligt fra vand, og endnu mere fra den med flydende kviksølv.

I visse systemer er faserne lige så genkendelige som en mættet sukkeropløsning med krystaller i baggrunden. Hver enkelt i sig selv kan klassificeres som homogen: over en fase dannet af vand og nedenfor en fast fase sammensat af sukkerkrystaller.

I tilfælde af vand-sukker-systemet taler vi ikke om en reaktion, men om mætning. I andre systemer er transformation af stof til stede. Et simpelt eksempel er blandingen af ​​et alkalimetal, såsom natrium, og vand; Det er eksplosivt, men til at begynde med er stykke metallisk natrium omgivet af vand.

Som med mayonnaise, er der heterogene systemer inden for kemi, der makroskopisk passerer til homogene, men under lyset af et kraftfuldt mikroskop skinner deres rigtige heterogene faser.

Karakteristika ved det heterogene system

Hvad er kendetegnene ved et heterogent kemisk system? Generelt kan de anføres som følger:

-De er sammensat af to eller flere faser; med andre ord, det er ikke ensartet.

-Det kan generelt bestå af et hvilket som helst af følgende par faser: fast-fast, fast-væske, fast gas, væske-væske, flydende gas; Desuden kan alle tre være til stede i det samme faste-væske-gassystem.

-Dens komponenter og faser kan i første omgang skelnes med det blotte øje. Derfor er det nok at observere systemet for at drage konklusioner fra dets egenskaber; såsom farve, viskositet, størrelse og form på krystaller, lugt osv.

-Det involverer normalt en termodynamisk ligevægt, eller en høj eller lav affinitet mellem partiklerne i en fase eller mellem to forskellige faser.

-Fysisk-kemiske egenskaber varierer afhængigt af systemets region eller retning. Værdierne for for eksempel smeltepunktet kan således variere fra et område af et heterogent faststof til et andet. Også (det mest almindelige tilfælde) ændrer farver eller nuancer sig gennem det faste stof (væske eller gas), når de sammenlignes.

-De er blandinger af stoffer; det vil sige, det gælder ikke for rene stoffer.

Observationsgrad

Ethvert homogent system kan betragtes som heterogent, hvis skalaerne eller observationsgraderne ændres. For eksempel er en karaffel fyldt med rent vand et homogent system, men når molekylerne ses, er der millioner af dem med deres egne hastigheder.

Fra det molekylære synspunkt fortsætter systemet med at være homogent, fordi det kun er H ₂ O molekyler. Men ved yderligere at reducere omfanget af observation til atomare niveauer, vandet bliver heterogen, eftersom det ikke består af en enkelt type atom men hydrogen og ilt.

Derfor afhænger egenskaberne af heterogene kemiske systemer af observationsgraden. Hvis du overvejer den mikroskopiske skala, kan du komme på tværs af multifacetterede systemer.

Et fast A, tilsyneladende homogent og sølvfarvet, kunne bestå af flere lag af forskellige metaller (ABCDAB…) og derfor være heterogent. Derfor er A makroskopisk homogent, men heterogent på mikro- (eller nano) niveauer.

Ligeledes er de samme atomer heterogene systemer, da de er lavet af vakuum, elektroner, protoner, neutroner og andre subatomiske partikler (såsom kvarker).

Klassifikation

I betragtning af en makroskopisk observationsgrad, der definerer de synlige egenskaber eller en målbar egenskab, kan heterogene kemiske systemer klassificeres på følgende måder:

Mættede opløsninger (væske-væske, flydende-fast, flydende gas)

Mættede opløsninger er en type kemisk heterogent system, hvori opløsningen ikke kan fortsætte med at opløses og danner en fase, der er adskilt fra opløsningsmidlets. Eksemplet på vand- og sukkerkrystaller falder ind under denne klassificering.

Opløsningsmolekyler når et punkt, hvor de ikke kan rumme eller opløse opløsningen. Derefter omgrupperes den yderligere opløste, faste eller gasformige, hurtigt til dannelse af et fast stof eller bobler; det vil sige et flydende fast stof eller flydende gassystem.

Opløsningen kan også være en væske, som er blandbar med opløsningsmidlet op til en bestemt koncentration; ellers ville de være blandbare i alle koncentrationer og ville ikke danne en mættet opløsning. Ved blandbar forstås det, at blandingen af ​​de to væsker danner en enkelt ensartet fase.

Hvis derimod flydende opløsningsmiddel ikke kan blandes med opløsningsmidlet, som tilfældet er med olie- og vandblandingen, bliver den mindst tilsatte opløsning mættet. Som et resultat dannes to faser: den ene vandig og den anden olieagtig.

Opløsninger med præcipiterede salte

Nogle salte opretter en opløselighedsbalance på grund af det faktum, at interaktionen mellem deres ioner er meget stærk, og de omgrupperes til krystaller, som vand ikke kan adskilles.

Denne type heterogent system består også af en flydende fase og en fast fase; Men i modsætning til mættede opløsninger er opløsningen et salt, der ikke kræver store mængder til at udfælde.

For eksempel blande to vandige opløsninger af umættede salte, en af NaCl og den anden af AgNOs ₃, udfældes det uopløselige salt AgCI. Sølvchlorid etablerer en opløselighedsbalance i opløsningsmidlet, idet der observeres et off-white fast stof i den vandige beholder.

Egenskaberne ved disse opløsninger afhænger således af den dannede bundfaldstype. Generelt er chromsaltene meget farverige såvel som mangan, jern eller noget metallisk kompleks. Dette bundfald kan være et krystallinsk, amorft eller gelatinøst fast stof.

Faseovergange

En isblok kan udgøre et homogent system, men når den smelter, danner den en yderligere fase af flydende vand. Derfor er faseovergange af et stof også heterogene systemer.

Derudover kan nogle molekyler undslippe fra overfladen af ​​isen ind i dampfasen. Dette skyldes det faktum, at ikke kun flydende vand har damptryk, men også is, skønt i mindre grad.

Heterogene systemer med faseovergange gælder for ethvert stof (rent eller uren). Således hører alle de faste stoffer, der smelter, eller væsken, der fordamper, til denne type system.

Faststoffer og gasser

En meget almindelig klasse af heterogene systemer i kemi er faste stoffer eller gasser med forskellige komponenter. F.eks. Falder pizzaen på billedet i denne klassificering. Og hvis det i stedet for ost, paprika, ansjos, skinke, løg osv. Havde svovl, kul, fosfor og kobber, ville der være et andet heterogent fast stof.

Svovl skiller sig ud for sin gule farve; kul for at være et sort fast stof; fosfor er rød; og skinnende, metallisk kobber. Alle er solide, derfor består systemet af en fase, men med flere komponenter. I hverdagen er eksemplerne på denne type system uberegnelige.

Gasser kan også danne heterogene blandinger, især hvis de har forskellige farver eller densiteter. De kan bære meget små partikler, som forekommer med vand inde i skyer. Når de vokser i størrelse, optager de synligt lys, og skyerne bliver grålige som et resultat.

Et eksempel på et heterogent fastgassystem er røg, der består af meget små kulstofpartikler. Af denne grund er røg fra ufuldstændig forbrænding sortagtige farver.

Fraktionsmetoder

Faserne eller komponenterne i et heterogent system kan adskilles ved at drage fordel af forskelle i deres fysiske eller kemiske egenskaber. På denne måde fraktioneres det originale system, indtil der kun er homogene faser tilbage. Nogle af de mere almindelige metoder er som følger.

Filtrering

Filtrering bruges til at adskille et fast stof eller bundfælde fra en væske. Således formår de to faser at adskille, skønt med et vist niveau af urenhed. Af denne grund vaskes faststoffet generelt og tørres derefter i en ovn. Denne procedure kan udføres enten ved at påføre vakuum eller blot ved hjælp af tyngdekraften.

dekantering

Denne metode er også nyttig til at adskille et fast stof fra en væske. Det adskiller sig noget fra det foregående, idet det faste stof generelt er fast i konsistens og aflejres fuldstændigt i bunden af ​​beholderen. For at gøre dette skal du blot vippe beholderens munding i en passende vinkel, så væsken løber ud af den.

På lignende måde tillader dekantering to væsker at blive adskilt, det vil sige et væske-væske-system. I dette tilfælde bruges en skilletragt.

Den bifasiske blanding (to ikke blandbare væsker) overføres til tragten, og væsken med lavere densitet vil være placeret øverst; mens den med den højeste tæthed i den nedre del er i kontakt med udløbsåbningen.

Kilde: Pixabay

Det øverste billede repræsenterer en skilletragt eller skilletragt. Dette glas anvendes også til væske-væskeekstraktioner; det vil sige for at ekstrahere et opløst stof fra den oprindelige væske ved at tilsætte en anden væske, hvori den er endnu mere opløselig.

Sifting

Sieving bruges til at adskille faste komponenter i forskellige størrelser. Det er meget almindeligt at finde en sigte eller sigte inde i køkkenet for at rense kornene, rense hvedemelet eller fjerne faste rester fra tykke juice. I kemi kan det bruges til at adskille små krystaller fra større.

magnetisering

Denne metode anvendes til faste, faste systemer, hvor en eller flere af komponenterne tiltrækkes af en magnet. Den oprindelige heterogene fase oprenses således, når magneten fjerner de ferromagnetiske elementer. For eksempel bruges magnetisering til at adskille tinplade fra papirkurven.

centrifugering

Centrifugering adskiller et suspenderet faststof fra en væske. Det kan ikke filtreres, fordi partiklerne svømmer ensartet og optager hele væskens volumen. For at adskille de to faser underkastes en mængde af den heterogene blanding en centrifugalkraft, der sedimenterer det faste stof i bunden af ​​centrifugerøret.

sublimation

Fremgangsmåden til sublimationsseparation anvendes kun til flygtige faste stoffer; det vil sige for dem med højt damptryk ved lave temperaturer.

Ved opvarmning af den heterogene blanding slipper det flygtige faste stof ind i gasfasen. Et eksempel på dens anvendelse er oprensningen af ​​en prøve, der er kontamineret med iod eller ammoniumchlorid.

eksempler

Indtil videre er adskillige eksempler på heterogene kemiske systemer blevet nævnt. For at komplementere dem er supplerende anført nedenfor og andre uden for den kemiske sammenhæng:

-Granit, stenene i en flod, bjergene eller en hvilken som helst klippe med årer i mange farver.

-Mineraler tæller også som heterogene systemer, da de består af forskellige typer faste strukturer, der består af ioner. Dets kvaliteter er produktet af samspillet mellem ioner af en krystallinsk struktur og urenheder.

- Bruserne. I dem er der en ligevægtsligevægt, som ved at sænke det ydre tryk reducerer opløselighed af den opløste gas; af denne grund observeres mange bobler (gasformigt opløst stof) stiger til væskeoverfladen, når de afdækkes.

-Enhver reaktionsmedium, der involverer reagenser i forskellige faser, og som også kræver en magnetisk omrører for at garantere en højere reaktionshastighed.

-Heterogene katalysatorer. Disse faste stoffer tilvejebringer steder på deres overflade eller porer, hvor kontakten mellem reaktanterne accelereres, og de griber ikke ind eller gennemgår en irreversibel transformation i reaktionen.

-En frise væg, en mosaikvæg eller arkitektonisk design af en bygning.

-Multi-lagede gelatiner af mange varianter.

-En Rubiks terning.

Referencer

1. Ligevægt i heterogene systemer. Gendannes fra: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7. november 2010). Homogene og heterogene systemer. Gendannes fra: quimicafisica.com
3. Jill. (7. juni 2006). Homogene og heterogene systemer. Gendannes fra: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Eksempler på heterogen blanding. Gendannet fra: eksempler.yourdiction.com
5. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. I elementerne i gruppe 15. (fjerde udgave). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogenitet og heterogenitet. Gendannet fra: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Uorganisk kemi. Gendannes fra: books.google.com