Характеристична гетерогенна система, класифікація, методи фракціонування



A гетерогенної системи це та частина Всесвіту, яку займають атоми, молекули або іони, таким чином, що вони утворюють дві або більш помітні фази. Під ним розуміється "частина Всесвіту" до краплі, кулі, реактора, скелі; і по фазі, до стану або способу агрегації, будь то твердий, рідкий або газоподібний.

Гетерогенність системи варіюється від її визначення від однієї області знань до іншої. Однак ця концепція має багато спільного в кулінарії та хімії.

Наприклад, піца з її поверхнею, набита інгредієнтами, подібна до тієї, що зображена на зображенні вище, є гетерогенною системою. Аналогічно, салат, суміш горіхів і злаків, або пухирний напій, також вважаються гетерогенними системами.

Зауважимо, що його елементи відрізняються простим видовищем і можуть бути розділені вручну. А як щодо майонезу? Або молоко? На перший погляд вони однорідні, але мікроскопічно вони є гетерогенними системами; більш конкретно, вони являють собою емульсії.

У хімії інгредієнти складаються з реагентів, частинок або досліджуваної речовини. Фази є лише фізичними агрегатами цих частинок, які забезпечують всі якості, що характеризують фази. Таким чином, рідка фаза спирту «поводиться» інакше, ніж вода, і навіть більше, що рідкої ртуті..

У деяких системах фази так само впізнавані, як насичений цукровий розчин, з кристалами на задньому плані. Кожен з них сам по собі може бути класифікований як однорідний: у верхній частині фаза, утворена водою, а нижче, тверда фаза, складена з кристалів цукру.

У випадку водно-цукрової системи не йдеться про реакцію, а про насичення. В інших системах відбувається трансформація матерії. Простим прикладом є змішування лужного металу, такого як натрій, і вода; Це вибухонебезпечне, але спочатку шматок металевого натрію оточений водою.

Як і у випадку з майонезом, в хімії існують гетерогенні системи, які макроскопічно проходять через однорідні, але в світлі потужного мікроскопа вони показують свою справжню гетерогенну фазу..

Індекс

  • 1 Характеристики гетерогенної системи
    • 1.1 Ступінь спостереження
  • 2 Класифікація
    • 2.1 Насичені розчини (рідина-рідина, рідина-тверда речовина, рідина-газ)
    • 2.2 Розчини з осадженими солями
    • 2.3 Фазові переходи
    • 2.4 Тверді речовини та гази
  • 3 Методи фракціонування
    • 3.1 Фільтрація
    • 3.2 Зливання
    • 3.3 Скринінг
    • 3.4 Зображення
    • 3.5 Центрифугування
    • 3.6 Сублімація
  • 4 Приклади
  • 5 Посилання

Характеристики гетерогенної системи

Які особливості гетерогенної хімічної системи? Загалом, вони можуть бути перелічені наступним чином:

-Вони складаються з двох або більше фаз; іншими словами, це не є однорідним.

-Вона може складатися, загалом, з будь-якої з наступних пар фаз: твердотільна, твердо-рідинна, твердопаливна, рідина-рідина, рідина-газ; і, крім того, всі три можуть бути присутніми в одній і тій же системі твердо-рідинний газ.

-Її компоненти та фази помітні, насамперед, з першого погляду. Тому достатньо спостерігати систему, щоб зробити висновки з її характеристик; такі як колір, в'язкість, розмір і форма кристалів, запах і т.д..

-Це зазвичай 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 або напрямку системи. Таким чином, значення для, наприклад, точки плавлення, можуть коливатися від однієї області гетерогенного твердого речовини до іншого. Крім того, (найпоширеніший випадок) кольори або тони змінюються по всьому твердому тілу (рідкому або газовому), як вони порівнюються.

-Це суміші речовин; тобто не поширюється на чисті речовини.

Ступінь спостереження

Будь-яку однорідну систему можна вважати неоднорідною, якщо масштаби або ступені спостереження змінені. Наприклад, графин, наповнений чистою водою, є однорідною системою, але, коли спостерігаються його молекули, їх мільйони зі своїми власними швидкостями.

З молекулярної точки зору система продовжує бути однорідною, оскільки вона є лише молекулами Н.2О. Але, зменшуючи масштаб спостереження до атомних рівнів, вода стає гетерогенною, оскільки вона не складається з одного типу атома, а з водню і кисню..

Тому характеристики гетерогенних хімічних систем залежать від ступеня спостереження. Якщо розглядати мікроскопічні масштаби, можна знайти багатогранні системи.

Твердий A, мабуть однорідний і сріблястий, може складатися з декількох шарів різних металів (ABCDAB ...) і тому є гетерогенними. Тому A є однорідним макроскопічно, але неоднорідно на мікро (або нано) рівнях.

Крім того, ці ж атоми є гетерогенними системами, оскільки вони виготовлені з вакууму, електронів, протонів, нейтронів та інших субатомних частинок (наприклад, кварків)..

Класифікація

Враховуючи тоді ступінь макроскопічного спостереження, що визначає видимі характеристики або вимірювану властивість, хімічні гетерогенні системи можна класифікувати наступними способами:

Насичені розчини (рідина-рідина, рідина-тверда речовина, рідина-газ) \ t

Насичені розчини є типом гетерогенної хімічної системи, в якій розчинена речовина не може продовжувати розчинятися і утворює фазу, окрему від такої розчинника. У цю класифікацію потрапляє приклад кристалів води і цукру.

Молекули розчинника досягають точки, де вони не можуть розміщувати або сольватировать розчинену речовину. Потім додаткове розчинене речовина, незалежно від того, чи є вона твердим або газоподібним, швидко перегрупується з утворенням твердої речовини або бульбашок; тобто рідина-тверда система або газоподібна рідина.

Розчинним речовиною може бути також рідина, яка змішується з розчинником до певної концентрації; інакше вони будуть змішуватися у всіх концентраціях і не утворюватимуть насиченого розчину. Змішується, що суміш двох рідин утворює єдину однорідну фазу.

Якщо, з іншого боку, рідке розчинене речовина не змішується з розчинником, як у випадку з сумішшю масла і води, розчин насичується при найнижчій кількості доданого. В результаті утворюються дві фази: один водний і інший маслянистий.

Розчини з осадженими солями

Деякі солі встановлюють баланс розчинності, оскільки взаємодії між їх іонами є дуже сильними і перегрупуються в кристалах, які вода не може дисоціювати.

Цей тип гетерогенної системи також складається з рідкої фази і твердої фази; але, на відміну від насичених розчинів, розчинена речовина являє собою сіль, яка не вимагає великих кількостей для осадження.

Наприклад, при змішуванні двох водних розчинів ненасичених солей, одного з NaCl і іншого з AgNO3, нерозчинна сіль AgCl осідає. Хлорид срібла встановлює баланс розчинності в розчиннику, спостерігаючи білувату тверду речовину у водному контейнері.

Таким чином, характеристики цих розчинів залежать від типу утвореного осаду. Загалом, солі хрому дуже барвисті, а також марганець, залізо або якийсь металевий комплекс. Цей осад може бути кристалічним, аморфним або желатиновим твердим речовиною.

Фазові переходи

Блок льоду може утворювати гомогенну систему, але при розплаві утворює додаткову фазу рідкої води. Тому фазові переходи речовини є також гетерогенними системами.

Крім того, деякі молекули можуть виходити з поверхні льоду в парову фазу. Це пояснюється тим, що не тільки рідка вода представляє тиск пари, а й лід, хоча і в меншій мірі.

Гетерогенні системи фазових переходів відносяться до будь-якої речовини (чистої або нечистої). Таким чином, всі тверді речовини, які розплавляються, або рідина, що випаровується, належать до цього типу системи.

Тверді речовини і гази

Дуже поширеним класом гетерогенних систем в хімії є тверді речовини або гази з кількома компонентами. Наприклад, піца на зображенні потрапляє в цю класифікацію. А якщо замість сиру, паприки, анчоуса, шинки, цибулі і т. Д. Містити сірку, вугілля, фосфор і мідь, то в ній буде ще одна неоднорідна тверда речовина..

Сірка виділяється через його жовтий колір; вугілля для отримання чорного твердого речовини; фосфор червоний; і блискучу і металеву мідь. Всі вони тверді, отже, система складається з фази, але з декількома компонентами. У повсякденному житті приклади такого типу системи незліченні.

Також гази можуть утворювати неоднорідні суміші, особливо якщо вони мають різні кольори або щільності. Вони можуть перетягувати дуже дрібні частинки, як це відбувається з частинками води всередині хмар. Коли вони зростають, вони поглинають видиме світло і в результаті хмари стають сіруватими.

Прикладом гетерогенної системи твердого газу є дим, який складається з дуже дрібних частинок вуглецю. З цієї причини дим неповного згоряння чорнуватий.

Методи фракціонування

Фази або компоненти гетерогенної системи можуть бути розділені з урахуванням відмінностей у їх фізичних або хімічних властивостях. Таким чином, вихідна система фракціонується до тих пір, поки не залишаться тільки гомогенні фази. Деякі з найбільш поширених методів є наступними.

Фільтрація

Для відділення твердої речовини або осаду від рідини використовують фільтрацію. Таким чином, дві фази вдається розділити, хоча і з певним рівнем домішки. З цієї причини тверда речовина зазвичай піддають промиванню і потім сушать у печі. Цю процедуру можна виконати, застосувавши вакуум або просто гравітацію.

Зливання

Цей спосіб також є корисним для відділення твердого речовини від рідини. Він трохи відрізняється від попереднього, оскільки тверда речовина зазвичай має тверду консистенцію і повністю осідає в нижній частині контейнера. Для цього просто нахиліть рот контейнера під відповідним кутом так, щоб рідина витікала з нього.

Аналогічно, декантація дозволяє розділити дві рідини, тобто систему рідина-рідина. У цьому випадку ми використовуємо ділильну лійку.

Двофазова суміш (дві несмешивающиеся рідини) переносять у воронку, а рідина з меншою щільністю буде розташована зверху; при цьому більш висока щільність, у нижній частині, контактує з вихідним отвором.

Верхнє зображення являє собою розділову або декантірующую воронку. Цей скляний матеріал також використовується для виконання екстракції рідина-рідина; тобто витягують розчинена речовина з вихідної рідини, додаючи ще одну рідину, в якій вона ще більш розчинна.

Скринінг

Скринінг використовується для відділення твердих компонентів різних розмірів. Дуже часто можна знайти на кухні сито або сито, щоб очистити зерно, очистити пшеничне борошно або видалити тверді залишки густих соків. У хімії він може бути використаний для відділення дрібних кристалів від інших більшої величини.

Зображення

Цей метод використовується для твердотільних систем, де один або більше компонентів притягується магнітом. Таким чином, початкова гетерогенна фаза очищається, оскільки магніт видаляє феромагнітні елементи. Наприклад, намагнічування використовується для відділення бляхи від сміття.

Центрифугування

Центрифугування відокремлює зважену тверду речовину від рідини. Він не може бути відфільтрований, оскільки частинки плавають рівномірно, займаючи весь об'єм рідини. Щоб розділити обидві фази, кількість гетерогенної суміші піддають відцентровій силі, яка відкладає тверду речовину на дні центрифужної трубки..

Сублімація

Спосіб поділу сублімації застосовується тільки для летких твердих речовин; тобто для людей з високим тиском парів при низьких температурах.

При нагріванні гетерогенної суміші летучі тверді речовини виходять у газову фазу. Прикладом його застосування є очищення зразка, забрудненого йодом або хлоридом амонію.

Приклади

До цих пір було згадано кілька прикладів гетерогенних хімічних систем. Доповнюючи їх, додаткові та інші поза хімічним контекстом перераховані нижче:

-Граніт, каміння річки, гори або будь-яка скеля з жилами численних кольорів.

-Мінерали також вважаються гетерогенними системами, оскільки вони утворені декількома типами твердих структур, що складаються з іонів. Її якості є продуктом взаємодії між іонами кристалічної структури і домішками.

-Безалкогольні напої. У них спостерігається рівноважна рідина-газ, яка при зниженні зовнішнього тиску знижує розчинність розчиненого газу; з цієї причини спостерігається багато бульбашок (газоподібне розчинене речовина), що піднімаються до поверхні рідини, коли вони розкриваються.

-Будь-яка реакційна середовище, що включає реагенти в різних фазах, і які також потребують магнітної мішалки, щоб гарантувати більш високу швидкість реакції.

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

-Стіна фрісада, стіна мозаїки або архітектурний дизайн будівлі.

-Багатошарові желе багато ароматів.

-Кубик Рубіка.

Список літератури

  1. Рівновага в гетерогенних системах. Отримано з: science.uwaterloo.ca
  2. Фернандес Г. (7 листопада 2010 р.). Однорідні і гетерогенні системи. Відновлено з: quimicafisica.com
  3. Джилл. (7 червня 2006 р.) Однорідні та гетерогенні системи. Отримано з: chemistryforstudents.blogspot.com
  4. ВікіОсвіта. (2018). Приклади гетерогенної суміші. Отримано з: examples.yourdictionary.com
  5. Shiver & Atkins. (2008). Неорганічна хімія У елементах групи 15. (четверте видання). Mc Graw Hill.
  6. Вікіпедія. (2018). Гомогенність і неоднорідність. Отримано з: en.wikipedia.org
  7. Ф. Холлеман, Егон Віберг, Нілс Віберг. (2001). Неорганічна хімія Отримано з: books.google.com