ГЕТЕРОГЕННА СИСТЕМА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАСИФІКАЦІЯ ТА МЕТОДИ - ХІМІЯ - 2025

Гетерогенної системи є те , що частина Всесвіту займають атоми, молекули або іони, таким чином , що вони утворюють дві або більше помітних фаз. Під "частиною Всесвіту" розуміють краплю, кулю, реактор, скелі; і по фазі, до стану або режиму агрегації, твердого, рідкого або газоподібного.

Неоднорідність системи варіюється від її визначення від однієї галузі знання до іншої. Однак ця концепція поділяє багато подібності всередині кулінарії та хімії.

Джерело: Пікселі

Наприклад, піца з її поверхнею, наповненою інгредієнтами, як та, яка зображена на зображенні вище, - це неоднорідна система. Так само салат, суміш горіхів і зерен або газований напій також вважаються гетерогенними системами.

Зауважте, що його елементи видно з першого погляду і їх можна розділити вручну. А як з майонезом? Або молоко? На перший погляд вони однорідні, але мікроскопічно вони є неоднорідними системами; точніше - це емульсії.

В хімії інгредієнти складаються з реагентів, частинок або досліджуваної речовини. Фази - це не що інше, як фізичні агрегати зазначених частинок, які забезпечують усі якості, що характеризують фази. Таким чином, рідка фаза алкоголю «поводиться» інакше, ніж у води, а тим більше - з рідкої ртуті.

У певних системах фази настільки ж впізнавані, як насичений розчин цукру, із кристалами на задньому плані. Кожен з них може бути класифікований як однорідний: над фазою, утвореною водою, і нижче - твердою фазою, що складається з кристалів цукру.

Що стосується водно-цукрової системи, ми говоримо не про реакцію, а про насичення. В інших системах відбувається перетворення речовини. Простий приклад - суміш лужного металу, такого як натрій та вода; Це вибухонебезпечно, але спочатку шматок металевого натрію оточений водою.

Як і у майонезу, в хімії є гетерогенні системи, які макроскопічно проходять для однорідності, але під світлом потужного мікроскопа їх справжні гетерогенні фази світяться.

Характеристика гетерогенної системи

Які характеристики гетерогенної хімічної системи? Загалом їх можна перерахувати наступним чином:

- Вони складаються з двох або більше фаз; Іншими словами, вона не є рівномірною.

-Той може складатися, як правило, з будь-якої з наступних пар фаз: тверда-тверда, тверда-рідка, тверда-газова, рідка-рідка, рідка-газова; Крім того, всі троє можуть бути присутніми в одній і тій же системі твердий-рідкий-газ.

- Його компоненти та фази відрізняються, в першу чергу, неозброєним оком. Тому достатньо спостерігати за системою, щоб зробити висновки з її характеристик; наприклад, колір, в'язкість, розмір і форма кристалів, запах тощо.

-Зазвичай це включає термодинамічну рівновагу або високу або низьку спорідненість між частинками в межах фази або між двома різними фазами.

-Фізико-хімічні властивості змінюються залежно від регіону чи напрямку системи. Таким чином, значення, наприклад, температури плавлення, можуть коливатися від однієї області гетерогенного твердого речовини до іншої. Також (найпоширеніший випадок) кольори або відтінки змінюються протягом усього твердого речовини (рідини або газу) у порівнянні.

-Це суміші речовин; тобто це не стосується чистих речовин.

Ступінь спостереження

Будь-яку однорідну систему можна вважати неоднорідною, якщо масштаби або ступені спостереження змінені. Наприклад, графин, наповнений чистою водою, є однорідною системою, але оскільки спостерігаються його молекули, їх мільйони мають власні швидкості.

З молекулярної точки зору, система продовжує бути однорідною, оскільки це лише молекули H ₂ O , але, зменшуючи масштаб спостереження до атомних рівнів, вода стає гетерогенною, оскільки не складається з одного типу атома, але водню та кисню.

Тому характеристики різнорідних хімічних систем залежать від ступеня спостереження. Якщо врахувати мікроскопічну шкалу, ви можете натрапити на багатогранні системи.

Твердий А, мабуть, однорідний і сріблястий за кольором, може складатися з декількох шарів різних металів (ABCDAB…) і тому бути неоднорідним. Тому A макроскопічно однорідний, але гетерогенний на мікро (або нано) рівні.

Так само ті ж атоми є неоднорідними системами, оскільки вони складаються з вакууму, електронів, протонів, нейтронів та інших субатомних частинок (наприклад, кварків).

Класифікація

Враховуючи потім макроскопічний ступінь спостереження, який визначає видимі характеристики або вимірювану властивість, гетерогенні хімічні системи можна класифікувати наступними способами:

Насичені розчини (рідкий-рідкий, рідко-твердий, рідкий-газ)

Насичені розчини - це тип хімічної гетерогенної системи, в якій розчинний розчин не може продовжуватись розчинятися і утворює фазу, окрему від розчинника. Приклад кристалів води та цукру потрапляє до цієї класифікації.

Молекули розчинника досягають точки, в якій вони не можуть вмістити або розчинити розчинник. Тоді додатковий розчинний розчин, твердий або газоподібний, швидко перегрупується, утворюючи тверду речовину або бульбашки; тобто система рідка-тверда або рідко-газова.

Розчинник також може бути рідиною, яка змішується з розчинником до певної концентрації; інакше вони будуть змішуватися при будь-яких концентраціях і не утворюють насиченого розчину. Під змішуванням розуміється, що суміш двох рідин утворює єдину однорідну фазу.

Якщо, з іншого боку, рідкий розчинний розчин не змішується з розчинником, як це відбувається у випадку суміші олії та води, найменша кількість доданої розчину стає насиченою. В результаті утворюються дві фази: одна водна, а друга масляниста.

Розчини з осадженими солями

Деякі солі встановлюють баланс розчинності через те, що взаємодія між їх іонами дуже сильна і вони перегрупуються в кристали, які вода не може дисоціювати.

Цей тип гетерогенної системи також складається з рідкої та твердої фази; Але, на відміну від насичених розчинів, розчинний розчин - це сіль, яка не потребує великих опадів.

Наприклад, змішуючи два водних розчини ненасичених солей, одну NaCl та другу AgNO ₃ , осаджує нерозчинна сіль AgCl. Хлорид срібла встановлює рівновагу розчинності у розчиннику, при цьому у воді ємності спостерігається майже біла тверда речовина.

Таким чином, характеристики цих розчинів залежать від типу утворився осаду. Загалом, солі хрому дуже барвисті, а також марганцеві, залізні чи якісь металеві комплекси. Цей осад може бути кристалічним, аморфним або желеподібним твердим речовиною.

Фазові переходи

Блок льоду може становити однорідну систему, але коли він тане, він утворює додаткову фазу рідкої води. Тому фазові переходи речовини також є неоднорідними системами.

Крім того, деякі молекули можуть вийти з поверхні льоду у парову фазу. Це пов’язано з тим, що не тільки рідка вода має тиск пари, але й лід, хоча в меншій мірі.

Гетерогенні системи фазових переходів застосовуються до будь-якої речовини (чистої чи нечистої). Таким чином, всі тверді речовини, які плавляться, або рідина, яка випаровується, належать до цього типу систем.

Тверді речовини та гази

Дуже поширеним класом різнорідних систем в хімії є тверді речовини або гази з різними компонентами. Наприклад, піца на зображенні потрапляє до цієї класифікації. І якби замість сиру, паприки, анчоусів, шинки, цибулі тощо було сірка, вугілля, фосфор і мідь, то з’явилася б ще одна різнорідна тверда речовина.

Сірка виділяється своїм жовтим кольором; вугілля за те, що це чорне тверде тіло; люмінофор червоний; і блискуча, металева мідь. Усі тверді, тому система складається з фази, але з кількома компонентами. У повсякденному житті приклади цього типу системи незрівнянні.

Також гази можуть утворювати неоднорідні суміші, особливо якщо вони мають різний колір або щільність. Вони можуть нести дуже дрібні частинки, як це відбувається з водою всередині хмар. Коли вони збільшуються в розмірах, вони поглинають видиме світло і в результаті хмари стають сіруватими.

Прикладом неоднорідної системи твердого газу є дим, який складається з дуже малих частинок вуглецю. З цієї причини дим від неповного горіння має чорнуватого кольору.

Методи фракціонування

Фази або компоненти гетерогенної системи можна відокремити, скориставшись відмінностями їх фізичних чи хімічних властивостей. Таким чином, вихідна система фракціонується, поки не залишаться лише однорідні фази. Деякі з найбільш поширених методів такі.

Фільтрація

Фільтрація використовується для відділення твердої речовини або осаду від рідини. Таким чином, дві фази вдається відокремити, хоча з певним рівнем домішок. З цієї причини тверда речовина, як правило, промивається і згодом сушиться в духовці. Цю процедуру можна зробити, застосовуючи вакуум, або просто гравітацією.

Декантація

Цей спосіб також корисний для відділення твердої речовини від рідини. Він дещо відрізняється від попереднього тим, що тверда речовина, як правило, має тверду консистенцію і повністю осідає на дні контейнера. Для цього просто нахиліть гирло контейнера під відповідним кутом, щоб рідина витікала з нього.

Аналогічно декантація дозволяє розділити дві рідини, тобто систему рідина-рідина. У цьому випадку використовується розділювальна воронка.

Двофазна суміш (дві не змішувані рідини) переноситься у воронку, а рідина з меншою щільністю буде розташована вгорі; тоді як той, що має найбільшу щільність, у нижній частині контактує з вихідним отвором.

Джерело: Pixabay

Верхнє зображення являє собою відокремлювальну або відокремлювальну воронку. Цей скляний посуд також використовується для вилучення рідини-рідини; тобто витягти розчинник із початкової рідини шляхом додавання іншої рідини, в якій він ще більше розчинний.

Просіювання

Просіювання використовується для відділення твердих компонентів різного розміру. Дуже часто зустрічається сито або сито всередині кухні для очищення зерна, очищення пшеничного борошна або видалення твердих залишків з густих соків. У хімії його можна використовувати для відділення невеликих кристалів від більших.

Намагнічування

Цей метод застосовується для твердих твердих систем, де один або кілька компонентів притягуються магнітом. Таким чином, початкова гетерогенна фаза очищається, коли магніт видаляє феромагнітні елементи. Наприклад, намагнічування використовується для відділення бляшанки від сміття.

Центрифугування

Центрифугування відокремлює зважену тверду речовину від рідини. Його не можна фільтрувати, оскільки частинки плавають рівномірно, займаючи весь об'єм рідини. Щоб розділити дві фази, кількість гетерогенної суміші піддається відцентровій силі, яка осаджує тверде тіло на дні пробірки центрифуги.

Сублімація

Метод поділу сублімації застосовується лише для летючих твердих речовин; тобто для тих, хто має високий тиск пари при низьких температурах.

При нагріванні гетерогенної суміші летюча тверда речовина виходить у газову фазу. Прикладом його застосування є очищення зразка, забрудненого йодом або хлоридом амонію.

Приклади

Поки було згадано кілька прикладів різнорідних хімічних систем. Для їх доповнення додаткові перелічені нижче, а інші - поза хімічним контекстом:

-Граніт, каміння річки, гори чи будь-яка скеля з жилами багатьох кольорів.

-Мінерали також розглядаються як гетерогенні системи, оскільки вони складаються з різних типів твердих структур, що складаються з іонів. Її якості є продуктом взаємодії іонів кристалічної структури та домішок.

-Безалкогольні напої. В них спостерігається рідинно-газова рівновага, яка за рахунок зниження зовнішнього тиску зменшує розчинність розчиненого газу; з цієї причини спостерігається багато пухирців (газоподібного розчиненого речовини), що піднімаються на поверхню рідини при їх непокритті.

-Усяка реакційна середовище, яка включає реагенти в різних фазах, і для цього потрібна магнітна мішалка, щоб гарантувати більш високу швидкість реакції.

-Гетерогенні каталізатори. Ці тверді речовини забезпечують ділянки на їх поверхні або пори, де прискорюється контакт між реагентами, і вони не втручаються або не зазнають незворотної трансформації в реакції.

-Фризова стіна, мозаїчна стіна або архітектурний дизайн будівлі.

-Маслошарові желатини багатьох ароматів.

-Кубик Рубіка.

Список літератури

1. Рівновага в гетерогенних системах. Відновлено з: science.uwaterloo.ca
2. Феррандес Г. (7 листопада 2010 р.). Однорідна та гетерогенна системи. Відновлено з сайту: quimicafisica.com
3. Джилл. (7 червня 2006 р.). Однорідні та гетерогенні системи. Відновлено з: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Приклади гетерогенної суміші. Відновлено з: example.yourdictionary.com
5. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. В Елементи групи 15. (четверте видання). Mc Graw Hill.
6. Вікіпедія. (2018). Однорідність та неоднорідність. Відновлено з: en.wikipedia.org
7. Ф. Голман, Егон Віберг, Нілс Віберг. (2001). Неорганічна хімія. Відновлено з: books.google.com