HETEROGENI SISTEM: ZNAČILNOSTI, KLASIFIKACIJA IN METODE - KEMIJA - 2026

Heterogeno sistem je tisti del vesolja zasedajo atomov, molekul ali ionov, na tak način, da tvorita dve ali več razlikovalnih faze. Pod "deli vesolja" razumemo kapljico, kroglico, reaktor, skale; in po fazah v stanje ali način združevanja, bodisi trdna, tekoča ali plinasta.

Heterogenost sistema se razlikuje od njegove opredelitve od enega do drugega področja znanja. Vendar ima ta koncept veliko podobnosti znotraj kuhanja in kemije.

Vir: Pexels

Na primer, pica, katere površina je napolnjena s sestavinami, kot je tista na zgornji sliki, je heterogeni sistem. Podobno se v raznolike sisteme štejejo tudi solata, mešanica oreščkov in zrn ali gazirana pijača.

Upoštevajte, da so njegovi elementi vidni na prvi pogled in jih je mogoče ločiti ročno. Kaj pa majoneza? Ali mleko? Na prvi pogled so homogeni, vendar so mikroskopsko heterogeni sistemi; natančneje, to so emulzije.

V kemiji so sestavine sestavljene iz reagentov, delcev ali snovi, ki se preučuje. Faze niso nič drugega kot fizični agregati omenjenih delcev, ki zagotavljajo vse lastnosti, ki so značilne za faze. Tako se tekoča faza alkohola "obnaša" drugače kot voda, še bolj pa kot tekoča živo srebro.

V nekaterih sistemih so faze prepoznavne kot nasičena raztopina sladkorja, s kristali v ozadju. Vsakega posebej lahko uvrstimo med homogene: nad fazo, ki jo tvori voda, spodaj pa trdna faza, sestavljena iz kristalov sladkorja.

V primeru vodno-sladkornega sistema ne govorimo o reakciji, temveč o nasičenosti. V drugih sistemih je prisotna transformacija materije. Preprost primer je zmes alkalijske kovine, kot sta natrij in voda; Je eksploziven, a sprva kos kovinskega natrija obdaja voda.

Tako kot pri majonezi tudi v kemiji obstajajo heterogeni sistemi, ki makroskopsko prehajajo homogeno, vendar pod lučjo močnega mikroskopa zasijejo njihove prave heterogene faze.

Značilnosti heterogenega sistema

Kakšne so značilnosti heterogenega kemičnega sistema? Na splošno jih lahko navedemo na naslednji način:

-Sestavljeni so iz dveh ali več faz; z drugimi besedami, ni enoten.

-Na splošno lahko sestoji iz katerega koli od naslednjih parov faz: trdno-trdno, trdno-tekoče, trdno-plinsko, tekoče-tekoče, tekoče-plinsko; Poleg tega so lahko vsi trije prisotni v istem sistemu trdih tekočin-plinov.

- Njegove komponente in faze so v prvi vrsti ločene s prostim očesom. Zato je dovolj, da opazujemo sistem, da lahko iz njegovih značilnosti sklepamo; kot so barva, viskoznost, velikost in oblika kristalov, vonj itd.

-Ponavadi vključuje termodinamično ravnovesje ali visoko ali nizko afiniteto med delci znotraj faze ali med dvema različnima fazama.

- Fizikalno-kemijske lastnosti se razlikujejo glede na regijo ali smer sistema. Tako se lahko vrednosti, na primer tališča, gibljejo od enega območja heterogene trdne snovi do druge. Tudi (najpogostejši primer) se barve ali odtenki spreminjajo po trdnih snoveh (tekočina ali plin), če jih primerjamo.

- so mešanice snovi; torej ne velja za čiste snovi.

Stopnja opazovanja

Vsak homogeni sistem lahko štejemo za heterogen, če se spremenijo lestvice ali stopnje opazovanja. Na primer, karafa, napolnjena s čisto vodo, je homogeni sistem, vendar, ker opazimo njene molekule, jih je na milijone z lastnimi hitrostmi.

Z molekulsko vidika, sistem nadaljuje z homogena, ker je le H ₂ O molekule . Toda, z nadaljnjim zmanjševanjem obsega opazovanje v atomski ravni, voda postane heterogena, saj ni sestavljena iz ene vrste atom, vendar vodik in kisik.

Zato so značilnosti heterogenih kemičnih sistemov odvisne od stopnje opazovanja. Če upoštevate mikroskopsko lestvico, boste morda naleteli na večplastne sisteme.

Trden A, na videz homogen in srebrne barve, lahko sestavlja več slojev različnih kovin (ABCDAB…) in je zato heterogen. Zato je A makroskopsko homogen, vendar na mikro (ali nano) nivoju heterogen.

Prav tako so isti atomi heterogeni sistemi, saj so sestavljeni iz vakuuma, elektronov, protonov, nevtronov in drugih subatomskih delcev (na primer kvarkov).

Razvrstitev

Če upoštevamo makroskopsko stopnjo opazovanja, ki določa vidne značilnosti ali merljivo lastnost, lahko heterogene kemične sisteme razvrstimo na naslednje načine:

Nasičene raztopine (tekočina-tekočina, tekočina-trdna tekočina, plin)

Nasičene raztopine so vrsta kemičnega heterogenega sistema, v katerem topilo ne more nadaljevati raztapljanja in tvori fazo, ločeno od raztopine topila. Primer kristalov vode in sladkorja sodi v to razvrstitev.

Molekule topila dosežejo točko, kjer se ne more nastaniti ali raztopiti topljene snovi. Potem se bo dodatna topila, trdna ali plinasta, hitro preusmerila v trdno snov ali mehurčke; to je sistem tekoče-trdne ali tekoče-plinske.

Topljena je lahko tudi tekočina, ki jo je s topilom možno mešati do določene koncentracije; sicer bi bili mešani pri vseh koncentracijah in ne bi tvorili nasičene raztopine. Z mešanjem se razume, da zmes obeh tekočin tvori enotno enotno fazo.

Če je na drugi strani tekoče topilo, ki se ne meša s topilom, kot je to primer z mešanico olja in vode, manj dodane količine raztopina postane nasičena. Posledično nastaneta dve fazi: ena vodna in druga mastna.

Raztopine z oborjenimi solmi

Nekatere soli vzpostavijo ravnovesje topnosti, ker so medsebojni vplivi med njihovimi ioni zelo močni in se prerazporedijo v kristale, ki jih voda ne more disociirati.

Ta vrsta heterogenega sistema je sestavljena tudi iz tekoče in trdne faze; Vendar je za razliko od nasičenih raztopin sol, ki ne zahteva velikih količin oborine.

Na primer z mešanjem dveh vodnih raztopin nenasičenih soli, ene NaCl in druge AgNO ₃ , oborimo netopno sol AgCl. Srebrni klorid vzpostavi topnostno ravnovesje v topilu, pri čemer je v vodni posodi opaziti sivo belo trdno snov.

Tako so značilnosti teh raztopin odvisne od vrste nastale oborine. Na splošno so kromove soli zelo barvite, prav tako tudi soli mangana, železa ali nekega kovinskega kompleksa. Ta oborina je lahko kristalna, amorfna ali želatinasta trdna snov.

Fazni prehodi

Blok ledu lahko tvori homogen sistem, ko pa se stopi, tvori dodatno fazo tekoče vode. Zato so fazni prehodi snovi tudi heterogeni sistemi.

Poleg tega lahko nekatere molekule pobegnejo s površine ledu v parno fazo. To je posledica dejstva, da ni samo tekoča voda parni tlak, ampak tudi led, čeprav v manjši meri.

Heterogeni sistemi faznih prehodov veljajo za katero koli snov (čisto ali nečisto). Tako vse trdne snovi, ki se topijo, ali tekočina, ki se izhlapi, spadajo v to vrsto sistema.

Trdne snovi in ​​plini

Zelo pogost razred heterogenih sistemov v kemiji so trdne snovi ali plini z različnimi komponentami. Na primer, pica na sliki sodi v to razvrstitev. In če bi namesto sira, paprike, sardona, šunke, čebule itd. Imeli žveplo, premog, fosfor in baker, bi nastala še ena heterogena trdna snov.

Žveplo izstopa po svoji rumeni barvi; premog, ker je črna trdna snov; fosfor je rdeč; in svetleč, kovinski baker. Vsi so trdni, zato je sistem sestavljen iz faze, vendar z več sestavnimi deli. V vsakdanjem življenju so primeri takšnega sistema neprecenljivi.

Tudi plini lahko tvorijo raznolike mešanice, še posebej, če imajo različne barve ali gostoto. Lahko prenesejo zelo majhne delce, kar se dogaja z vodo znotraj oblakov. Ko naraščajo v velikosti, absorbirajo vidno svetlobo in posledično oblaki postanejo sivkasto.

Primer heterogenega sistema na trdnem plinu je dim, ki ga sestavljajo zelo majhni delci ogljika. Zaradi tega je dim iz nepopolnega zgorevanja črnkaste barve.

Metode frakcioniranja

Faze ali komponente heterogenega sistema lahko ločimo, če uporabimo razlike v njihovih fizikalnih ali kemijskih lastnostih. Na ta način se prvotni sistem frakcionira, dokler ne ostanejo samo homogene faze. Nekatere bolj pogoste metode so naslednje.

Filtracija

Filtracija se uporablja za ločevanje trdne snovi ali oborine iz tekočine. Tako se dve fazi uspeta ločiti, čeprav z določeno stopnjo nečistoč. Zaradi tega se trdno snov na splošno opere in nato posuši v peči. Ta postopek lahko izvedemo bodisi z uporabo vakuuma, bodisi preprosto z gravitacijo.

Dekantacija

Ta metoda je uporabna tudi za ločevanje trdne snovi od tekočine. Nekoliko se razlikuje od prejšnjega po tem, da je trdna snov na splošno trde konsistence in je v celoti odložen na dnu posode. Če želite to narediti, usta posode preprosto nagnite pod ustreznim kotom, tako da tekočina izteka iz nje.

Podobno dekantiranje omogoča ločitev dveh tekočin, to je sistem tekočina-tekočina. V tem primeru se uporablja ločilni lijak.

Dvofazna zmes (dve negibljivi tekočini) se prenese v lijak, tekočina z nižjo gostoto pa se nahaja na vrhu; medtem ko je tisti z najvišjo gostoto v spodnjem delu v stiku z odprtino.

Vir: Pixabay

Zgornja slika predstavlja lij, ki ločuje ali ločuje. Ta steklena posoda se uporablja tudi za ekstrakcijo tekočin-tekočin; to je, da iz začetne tekočine izločimo topilo z dodajanjem druge tekočine, v kateri je še bolj topna.

Sejanje

Sejanje se uporablja za ločevanje trdnih komponent različnih velikosti. V kuhinji je zelo pogosto najti sito ali sito za čiščenje zrn, čiščenje pšenične moke ali odstranjevanje trdnih ostankov iz gostih sokov. V kemiji se lahko uporablja za ločevanje majhnih kristalov od večjih.

Magnetizacija

Ta metoda se uporablja za trdno-trdne sisteme, kjer eno ali več komponent privlači magnet. Tako se začetna heterogena faza očisti, ko magnet odstranjuje feromagnetne elemente. Na primer, magnetizacija se uporablja za ločevanje pločevinke od smeti.

Centrifugiranje

Centrifugiranje suspendirano trdno snov od tekočine. Ni ga mogoče filtrirati, ker delci plavajo enakomerno, zasedajoč celoten volumen tekočine. Za ločitev obeh faz je količina heterogene zmesi podvržena centrifugalni sili, ki trdi trdno snov na dnu epruvete za centrifugo.

Sublimacija

Metoda sublimacijske ločevanja se uporablja samo za hlapne trdne snovi; torej za tiste z visokim parnim tlakom pri nizkih temperaturah.

Pri segrevanju heterogene zmesi hlapna trdna snov uhaja v plinsko fazo. Primer njene uporabe je čiščenje vzorca, onesnaženega z jodom ali amonijevim kloridom.

Primeri

Do zdaj je bilo omenjenih več primerov heterogenih kemičnih sistemov. Za dopolnitev so spodaj navedeni drugi, drugi pa zunaj kemičnega konteksta:

- Granit, kamni reke, gore ali katere koli skale z žilami različnih barv.

-Minerali se štejejo tudi za heterogene sisteme, saj jih sestavljajo različne vrste trdnih struktur, sestavljenih iz ionov. Njegove lastnosti so plod interakcije med ioni kristalne strukture in nečistočami.

- Brezalkoholne pijače. V njih je ravnovesje tekoče-plina, ki z zmanjšanjem zunanjega tlaka zmanjša topnost raztopljenega plina; zaradi tega opazimo, da se mnogi mehurčki (plinasti topi) dvignejo na površino tekočine, ko jih ne odkrijemo.

- Vsak reakcijski medij, ki vključuje reagente v različnih fazah in ki potrebujejo tudi magnetni mešalnik, da se zagotovi večja hitrost reakcije.

-Heterogeni katalizatorji. Te trdne snovi zagotavljajo mesta na njihovi površini ali pore, kjer se stik med reaktanti pospeši, in ne posegajo v nepovratno preobrazbo v reakciji.

- Frizna stena, mozaična stena ali arhitekturna zasnova stavbe.

-Veloplastne želatine številnih okusov.

-Rubikova kocka.

Reference

1. Ravnotežje v heterogenih sistemih. Pridobljeno iz: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7. novembra 2010). Homogeni in heterogeni sistemi. Pridobljeno: quimicafisica.com
3. Jill. (7. junij 2006). Homogeni in heterogeni sistemi. Pridobljeno iz: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Primeri heterogene mešanice Pridobljeno iz: example.yourdictionary.com
5. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. V Elementi skupine 15. (četrta izdaja). Mc Graw Hill.
6. Wikipedija. (2018). Homogenost in heterogenost. Pridobljeno: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Anorganska kemija. Pridobljeno iz: books.google.com