МАТЕРІАЛЬНІ СИСТЕМИ: КЛАСИФІКАЦІЯ, ФАЗИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

У матеріальних системах є ті, які складаються з матерії і які ізольовані від решти Всесвіту вивчатися. Матерія є скрізь, надаючи форми та реального значення уявленням про повсякденне життя, але коли хочеться вивчити частину речовини, її оточення зневажається, і ми говоримо про матеріальну систему.

Вони дуже мінливі, оскільки існують чисті та складові матеріали, а також різні стани та фази агрегації. Як визначити межу між матеріальною системою та її оточенням? Все залежить від змінних, які розглядаються. Наприклад, на зображенні нижче кожного цукеркового мармуру могла бути досліджувана система.

Однак, якщо варто враховувати змінну кольору, то необхідно врахувати всі мармури в торговому автоматі. Оскільки машина не цікавить, це середовище мармуру. Таким чином, матеріальною системою прикладу є маса мармуру та їх властивості (будь це камедь, м'ята тощо).

Однак хімічно матеріальні системи визначаються як будь-яка чиста речовина або їх суміш, класифіковані за їх фізичними аспектами.

Класифікація

Однорідна матеріальна система

Матеріал, що вивчається, може виявляти рівномірний вигляд, при якому його властивості залишаються постійними незалежно від аналізу проби. Іншими словами: такий тип системи характеризується тим, що на перший погляд є лише одна фаза речовини.

Чиста речовина та сполуки

Якщо проаналізувати чисту речовину, то буде встановлено, що фізико-хімічні властивості збігаються в одних і тих же значеннях і результатах, навіть якщо береться багато зразків (і в різних географічних районах).

Наприклад, якби зразок кальцію порівнювали з аналогічним з Азії, Європи, Африки та Америки, всі вони мали б однакові властивості. Те саме було б, якби взяли зразок чистого вуглецю.

З іншого боку, чиста сполука також проявляє вищезгадане. Якби гарантувалося, що шифер виготовлений з одного і єдиного матеріалу, то він був би класифікований як однорідна матеріальна система.

Однак цього не відбувається для зразка мінералу, оскільки він, як правило, містить домішки з інших супутніх мінералів, і в цьому випадку це неоднорідна матеріальна система. Так само такі матеріальні системи, як дерева, каміння, гори чи річки, підпадають під останню класифікацію.

Розчинення

Господарський оцет - це 5% водний розчин оцтової кислоти; тобто 5 мл чистої оцтової кислоти розчиняють у 100 мл води. Однак це схоже на прозору рідину, навіть якщо це насправді два чисті сполуки (вода та оцтова кислота) разом.

Гетерогенна матеріальна система

На відміну від однорідної, у цього класу системи ні зовнішній вигляд, ні властивості не є постійними, будучи нерегулярними протягом усього її розширення.

Крім того, він може бути підданий фізичним або хімічним методам розділення, з яких витягуються фази, які кожна розглядається як однорідна система.

Фази

На верхньому зображенні показані стани речовини та їх зміни. Вони тісно пов'язані з фазами матерії, оскільки, хоча вони однакові, вони мають певні тонкі відмінності.

Таким чином, фазами матеріальної системи є тверде, рідке і газове. Тобто для певної речовини, підданої аналізу, вона може прийняти будь-яку з попередніх фаз.

Однак оскільки взаємодії в твердих тілах дуже сильні і залежать від таких змінних, як тиск і температура, система може мати або не мати різних твердих фаз.

Наприклад, з'єднання X, тверде при кімнатній температурі, має фазу I; але коли тиск на нього дуже високий, його молекули переставляються більш компактно, і тоді відбувається перехід від I фази до твердої фази II.

Існують навіть інші фази, такі як III та IV, які походять від II при різних температурах. Таким чином, однорідна матеріальна система X уявної твердої фази може набувати до чотирьох твердих фаз: I, II, III і IV.

Що стосується рідких та газоподібних систем, то молекули, як правило, можуть приймати лише одну фазу в цих станах речовини. Іншими словами, не може бути газової фази I та газової фази II.

Фазова діаграма

Існує багато фазових діаграм: одні для однієї сполуки або речовини (наприклад, на зображенні вище), а інші для бінарних систем (сіль у воді, наприклад) або потрійних (три компоненти).

"Найпростіша" з усіх - це фазова діаграма речовини. Таким чином, для гіпотетичної речовини Y його фаза представлена ​​як функція тиску (вісь y) і температури (вісь x).

При низькому тиску це газ, незалежно від його температури. Однак при збільшенні тиску Y газ осідає в твердому Y.

Однак при температурі вище критичної точки Y газ конденсується в рідину Y, і якщо тиск також збільшується (через діаграму піднімається вертикально), рідина твердне.

Кожна лінія являє собою рівновагу між двома фазами, які вона розділяє: твердий газ, рідкий газ, твердий-рідкий, рідкий-твердий і твердий-рідкий-газ у потрійній точці.

Крім того, з критичної точки Y фізична відмінність між газовою фазою і рідкою фазою не показана: вона утворює те, що відомо як надкритична рідина.

Приклади

- Балон - це матеріальна система, оскільки його вміст є газоподібним і, отже, має хімічну природу; якщо газ менш щільний, ніж повітря, повітряна куля підніметься до неба.

- Бінарна система вода-нафта має дві фази: одна з води, а друга, логічно, з нафти. Сукупність обох є гетерогенною системою, тоді як окремі шари є однорідними системами. Якщо ви хотіли витягти олію, вам потрібно було б провести екстракцію рідини-рідини органічним та летючим розчинником.

- Тверда-тверда система може складатися із суміші білого цукру та коричневого цукру. Тут різниця в кольорі між кристалами робить цей випадок гетерогенною системою.

- Морська вода - ще один приклад однорідної матеріальної системи. Він складається з розчинення багатьох іонів, які відповідають за його характерний солоний смак. Якщо проба морської води випарувалася в ємності, вона осіла б у білих солях.

Список літератури

1. Система та її оточення. Отримано 27 травня 2018 року з: chem.libretexts.org
2. Антоніо де Уллоа. Матеріальні системи. . Отримано 27 травня 2018 року з: 2.educarchile.cl
3. Даніель Дж. Бергер. (2001). Отримано 27 травня 2018 року з: bluffton.edu
4. Система та оточення в хімії. Отримано 27 травня 2018 року з: chemteam.info
5. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (6 лютого 2018 р.). Визначення відкритої системи з хімії. Отримано 27 травня 2018 року з: thinkco.com
6. Дослідницький центр Глена Фази матерії. Отримано 27 травня 2018 року з: grc.nasa.gov
7. Елісон Х. (2006-09-15). Запуск повітряної кулі. Отримано 28 травня 2018 року з: flickr.com