HETEROGÉN RENDSZER: JELLEMZŐK, OSZTÁLYOZÁS ÉS MÓDSZEREK - KÉMIA - 2026

A heterogén rendszer az a része a világegyetem által elfoglalt atomok, molekulák vagy ionok, oly módon, hogy alkotnak két vagy több megkülönböztethető fázisban. Az "univerzum egy része" alatt csepp, golyó, reaktor, sziklák értendők; és fázisonként az aggregáció állapotába vagy módjába, szilárd, folyékony vagy gáznemű.

A rendszer heterogenitása az ismeretek egyik területétől függően változik. Ez a koncepció azonban sok hasonlóságot mutat a főzés és a kémia területén.

Forrás: Pexels

Például egy olyan pizza, amelynek felszíne alapanyagokból áll, mint a fenti képen, heterogén rendszer. Hasonlóképpen, a saláta, a diófélék és a szemek keveréke vagy a szénsavas ital szintén heterogén rendszernek számít.

Vegye figyelembe, hogy elemei első pillantásra láthatók és manuálisan elválaszthatók. Mi a helyzet a majonézzel? Vagy tej? Első pillantásra homogének, de mikroszkopikusan heterogén rendszerek; pontosabban emulziók.

A kémiában az összetevők reagensekből, részecskékből vagy egy vizsgált anyagból állnak. A fázisok nem más, mint az említett részecskék fizikai aggregátumai, amelyek biztosítják a fázisokat jellemző összes tulajdonságot. Így az alkohol folyékony fázisa "viselkedik" eltérően a vízétől, és még inkább a folyékony higanyétól.

Bizonyos rendszerekben a fázisok ugyanolyan felismerhetők, mint egy telített cukor-oldat, kristályokkal a háttérben. Mindegyiket önmagában homogénnek lehet besorolni: egy víz által alkotott fázis felett, alább pedig egy cukorkristályokból álló szilárd fázis.

A víz-cukor rendszer esetében nem a reakcióról, hanem a telítettségről beszélünk. Más rendszerekben az anyag átalakulása van jelen. Egy egyszerű példa az alkálifém, például nátrium és víz keveréke; Robbanásveszélyes, de először a fém-nátrium darabját víz veszi körül.

Mint a majonéznél, a kémiában vannak olyan heterogén rendszerek, amelyek makroszkopikusan átadódnak egységesnek, ám egy erős mikroszkóp fényében valódi heterogén fázisuk ragyog.

A heterogén rendszer jellemzői

Melyek a heterogén kémiai rendszerek jellemzői? Általánosságban elmondható, hogy a következők szerint sorolhatók fel:

- Két vagy több fázisból állnak; más szóval, nem egységes.

- Általában a következő fázispárok bármelyikéből áll: szilárd-szilárd, szilárd-folyékony, szilárd-gáz, folyékony-folyékony, folyékony-gáz; Ezenkívül mindhárom jelen lehet ugyanazon szilárd-folyékony gáz rendszerben.

- Az alkotóelemek és a fázisok elsősorban szabad szemmel megkülönböztethetők. Ezért elegendő a rendszert megfigyelni, hogy következtetéseket vonhasson le annak jellemzőiből; mint a szín, viszkozitás, a kristályok mérete és alakja, illata stb.

- Ez általában termodinamikai egyensúlyt vagy magas vagy alacsony affinitást jelent egy fázisban lévő részecskék vagy két különböző fázis között.

-A fizikai-kémiai tulajdonságok a rendszer régiótól vagy iránytól függően változnak. Így például az olvadáspont értéke heterogen szilárd anyag egyik régiójától a másikig terjedhet. Ugyanakkor (a leggyakoribb eset) a színek vagy az árnyalatok megváltoznak a szilárd anyagban (folyadék vagy gáz) összehasonlításuk során.

-Anyagok keverékei; vagyis nem vonatkozik a tiszta anyagokra.

Megfigyelés foka

Bármely homogén rendszer heterogénnek tekinthető, ha a skálák vagy a megfigyelési fokok módosulnak. Például a tiszta vízzel feltöltött kancsó homogén rendszer, de mivel a molekuláit megfigyeltük, milliókat is megmutatunk saját sebességgel.

Molekuláris szempontból a rendszer továbbra is homogén, mivel csak H ₂ O molekulákból áll, de a megfigyelési skála atomszintekre történő további csökkentésével a víz heterogén lesz, mivel nem áll egyetlen típusú atom, de hidrogén és oxigén.

Ezért a heterogén kémiai rendszerek jellemzői a megfigyelés mértékétől függenek. Ha figyelembe vesszük a mikroszkopikus skálát, akkor sokrétű rendszerekkel találkozhatunk.

A látszólag homogén és ezüst színű szilárd A több fémből álló több rétegből állhat (ABCDAB…), és ezért heterogén lehet. Ezért A makroszkopikusan homogén, de mikro- (vagy nano) szinten heterogén.

Ugyanígy, ugyanazok az atomok heterogén rendszerek, mivel vákuumból, elektronokból, protonokból, neutronokból és más szubatomi részecskékből (például kvarkokból) készülnek.

Osztályozás

Figyelembe véve egy makroszkopikus megfigyelési fokot, amely meghatározza a látható tulajdonságokat vagy mérhető tulajdonságot, a heterogén kémiai rendszereket a következőképpen lehet besorolni:

Telített oldatok (folyékony-folyékony, folyékony-szilárd, folyékony-gázos)

A telített oldatok egy olyan típusú kémiai heterogén rendszer, amelyben az oldott anyag nem folytatódhat feloldódással, és az oldószer fázisától elkülönülő fázist képez. A víz- és cukorkristályok példája ebbe az osztályozásba tartozik.

Az oldószermolekulák olyan pontot érnek el, ahol nem tudják befogadni vagy szolvatálni az oldott anyagot. Ezután a további oldott anyag, szilárd vagy gáz halmazállapotú, gyorsan átcsoportosul szilárd anyag vagy buborék kialakulásához; vagyis folyékony-szilárd vagy folyékony-gáz rendszer.

Az oldott anyag lehet folyadék is, amely bizonyos koncentrációig elegyedik az oldószerrel; különben minden koncentrációban elegyednek, és nem képeznek telített oldatot. Összekeverhető módon érthető, hogy a két folyadék keveréke egyetlen egységes fázist képez.

Ha viszont a folyékony oldott anyag nem elegyedik az oldószerrel, mint az olaj-víz keverék esetében, akkor a legkevesebb hozzáadott mennyiségben az oldat telítetté válik. Ennek eredményeként két fázis képződik: az egyik vizes, a másik olajos.

Kicsapódott sókkal készített oldatok

Néhány só az oldhatóság egyensúlyát hozza létre, mivel az ionok közötti kölcsönhatás nagyon erős, és kristályokká csoportosulnak, amelyekben a víz nem képes elválni.

Az ilyen típusú heterogén rendszer folyékony és szilárd fázist is tartalmaz; A telített oldatokkal ellentétben az oldott anyag olyan só, amely nem igényel nagy mennyiségű csapadékot.

Például, keverés két vizes oldatai telítetlen sók, az egyik nátrium-klorid és a másik AgNO ₃, kicsapódik az oldhatatlan sót AgCl. Az ezüst-klorid oldhatósági egyensúlyt hoz létre az oldószerben, és piszkosfehér szilárd anyagot észlel a vizes tartályban.

Így ezen oldatok jellemzői a képződött csapadék típusától függenek. Általában a krómsók nagyon színesek, csakúgy, mint a mangán, a vas vagy valamilyen fémkomplex. Ez a csapadék lehet kristályos, amorf vagy zselatin szilárd anyag.

Fázisátmenetek

A jégtömb homogén rendszert képezhet, de amikor megolvad, egy további folyékony víz fázist képez. Ezért az anyag fázisátmenetei szintén heterogének rendszerek.

Ezenkívül néhány molekula eljuthat a jég felületéről a gőzfázisba. Ennek oka az a tény, hogy nemcsak a folyékony víz gőznyomása van, hanem a jég is, bár kisebb mértékben.

A fázisátmenetek heterogén rendszerei vonatkoznak minden anyagra (tiszta vagy szennyezett). Így az összes olvadó szilárd anyag vagy az elpárolgó folyadék tartozik ehhez a rendszerhez.

Szilárd anyagok és gázok

A kémiai heterogén rendszerek nagyon általános osztálya a szilárd anyagok vagy a gázok, különféle alkotóelemekkel. Például a képen látható pizza ebbe az osztályozásba tartozik. És ha sajt, paprika, szardella, sonka, hagyma stb. Helyett kén, szén, foszfor és réz lenne, akkor lenne még egy heterogén szilárd anyag.

A kén kiemelkedik sárga színével; szén fekete szilárd anyagként; a foszfor vörös; és fényes, fémes réz. Mindegyik szilárd, tehát a rendszer egy fázisból áll, de több alkatrészből áll. A mindennapi életben az ilyen típusú rendszerek példái kiszámíthatatlanok.

A gázok heterogén keverékeket is képezhetnek, különösen, ha eltérő színű vagy sűrűségűek. Nagyon kicsi részecskéket hordozhatnak, mint ahogy a felhőkben található víz. A méret növekedésével elnyelik a látható fényt és ennek eredményeként a felhők szürkésvé válnak.

Egy heterogén szilárdgázrendszerre példa a füst, amely nagyon kicsi szénrészecskékből áll. Ezért a nem teljes égésből származó füst fehéres.

Frakcionálási módszerek

A heterogén rendszer fázisait vagy alkotóelemeit elválaszthatjuk fizikai vagy kémiai tulajdonságaik különbségeinek kihasználásával. Ily módon az eredeti rendszert frakcionáljuk, amíg csak homogén fázisok maradnak fenn. A leggyakoribb módszerek közül néhány a következő.

Szűrés

A szűrést szilárd anyag vagy csapadék elválasztására használják. Így a két fázis elválasztható, jóllehet bizonyos mértékű szennyeződéssel. Ezért a szilárd anyagot általában mossuk, majd szárítószekrényben szárítjuk. Ezt az eljárást vagy vákuum alkalmazásával, vagy egyszerűen gravitációval lehet elvégezni.

dekantálására

Ez az eljárás szilárd anyag és folyadék elválasztására is használható. Ez kissé különbözik az előzőtől, hogy a szilárd anyag általában szilárd állagú és teljes mértékben lerakódik a tartály alján. Ehhez egyszerűen döntse a tartály száját megfelelő szögben úgy, hogy a folyadék kifolyjon belőle.

Hasonlóképpen, a dekantálás lehetővé teszi két folyadék elválasztását, azaz egy folyadék-folyadék rendszert. Ebben az esetben választótölcsért használunk.

A kétfázisú keveréket (két nem elegyedő folyadék) átvisszük a tölcsérbe, és az alacsonyabb sűrűségű folyadék tetején lesz; míg a legnagyobb sűrűségű alsó részén érintkezzen a kimeneti nyílással.

Forrás: Pixabay

A felső kép egy elválasztó vagy elválasztó tölcsért ábrázol. Ezt az üvegkészletet folyadék-folyadék extraháláshoz is használják; vagyis az oldott anyag kivonása a kezdeti folyadékból egy másik folyadék hozzáadásával, amelyben még oldhatóbb.

rostálás

A szitálást különféle méretű szilárd alkotóelemek elválasztására használják. Nagyon gyakori, hogy a konyhában szitát vagy szitát találnak a szemek tisztítására, a búzaliszt tisztítására vagy a vastag gyümölcslevek szilárd maradványainak eltávolítására. A kémiában felhasználható a kis kristályok elkülönítésére a nagyobbitól.

Mágnesezés

Ezt a módszert szilárd-szilárd rendszerekhez használják, ahol egy vagy több komponenst egy mágnes vonz. Így a kezdeti heterogén fázis megtisztul, mivel a mágnes eltávolítja a ferromágneses elemeket. Például a mágnesezést elválasztják az ónlemez és a szemét között.

centrifugálás

A szuszpendált szilárd anyagot centrifugálással elválasztják a folyadéktól. Nem szűrhető, mert a részecskék egyenletesen úsznak, elfoglalva a folyadék teljes mennyiségét. A két fázis elválasztására egy bizonyos mennyiségű heterogén keveréket centrifugális erőnek vetnek alá, amely a centrifugacső alján leülepíti a szilárd anyagot.

Szublimáció

A szublimációs elválasztási módszert csak illékony szilárd anyagokra alkalmazzák; vagyis azok számára, akiknek magas a gőznyomása alacsony hőmérsékleten.

A heterogén keverék hevítésekor az illékony szilárd anyag eljut a gázfázisba. Alkalmazásának példája a jóddal vagy ammónium-kloriddal szennyezett minta tisztítása.

Példák

Eddig számos példát említettek a heterogén kémiai rendszerekről. Ezek kiegészítésére az alábbiakban felsorolunk további, a kémiai kontextuson kívüli másokat:

-A gránit, a folyók kövei, a hegyek vagy bármilyen szikla, sokféle erezettel.

- A ásványi anyagokat heterogén rendszereknek is tekintik, mivel különféle típusú szilárd szerkezetekből állnak, amelyek ionokból állnak. Minőségei a kristályszerkezetű ionok és a szennyeződések közötti kölcsönhatás terméke.

-A szeszes italok. Ezekben van egy folyadék-gáz egyensúly, amely a külső nyomás csökkentésével csökkenti az oldott gáz oldhatóságát; emiatt sok buborékot (gáz-halmazállapotú oldott anyagot) észlelnek a folyadék felületére, amikor fedetlen lesz.

- Bármely olyan reakcióközeg, amely reagenseket tartalmaz különböző fázisokban, és amelyeknél a mágneses keverőre is szükség van a nagyobb reakciósebesség biztosításához.

- heterogén katalizátorok. Ezek a szilárd anyagok olyan felületeket biztosítanak a felületükön vagy pórusokon, ahol a reagensek közötti kapcsolat felgyorsul, és nem lépnek közbe, vagy visszafordíthatatlan átalakuláson mennek keresztül a reakcióban.

- Fríz fal, mozaik fal vagy egy épület építészeti terve.

- Többrétegű zselé sokféle ízben.

-A Rubik kocka.

Irodalom

1. Egyensúly az heterogén rendszerekben. Helyreállítva: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (2010. november 7.). Homogén és heterogén rendszerek. Helyreállítva: quimicafisica.com
3. Jill. (2006. június 7). Homogén és heterogén rendszerek. Helyreállítva: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Példák heterogén keverékre. Helyreállítva a következő példákból: példa.yourdictionary.com
5. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. A 15. csoport elemei között (negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogenitás és heterogenitás. Helyreállítva: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Szervetlen kémia. Helyreállítva: Books.google.com