ХЕТЕРОГЕННА СИСТЕМА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАСИФИКАЦИЯ И МЕТОДИ - ХИМИЯ - 2026

А хетерогенна система е, че част от вселената заета от атоми, молекули или йони, по такъв начин, че да формират два или повече различими фази. Под „част от Вселената“ се разбира капка, топка, реактор, скали; и по фаза, до състояние или начин на агрегация, твърди, течни или газообразни.

Хетерогенността на една система варира от нейното определение от една област на познание в друга. Тази концепция обаче споделя много прилики в рамките на готвенето и химията.

Източник: Pexels

Например пица с нейната повърхност, пълна със съставки, като тази на изображението по-горе, е хетерогенна система. По подобен начин салата, микс от ядки и зърна или газирана напитка също се считат за разнородни системи.

Обърнете внимание, че елементите му са видими на пръв поглед и могат да се разделят ръчно. Ами майонезата? Или мляко? На пръв поглед те са хомогенни, но микроскопично те са хетерогенни системи; по-конкретно, те са емулсии.

В химията съставките се състоят от реагенти, частици или вещество, което се изследва. Фазите не са нищо повече от физически агрегати от споменатите частици, които осигуряват всички качества, които характеризират фазите. Така течната фаза на алкохола „се държи“ различно от тази на водата и още повече от тази на течния живак.

В някои системи фазите са толкова разпознаваеми, колкото наситен разтвор на захар, с кристали на заден план. Всеки от тях сам по себе си може да бъде класифициран като хомогенен: над фаза, образувана от вода, и отдолу, твърда фаза, съставена от захарни кристали.

В случая на водно-захарната система не говорим за реакция, а за насищане. В други системи присъства трансформацията на материята. Прост пример е сместа на алкален метал, като натрий и вода; Тя е експлозивна, но в началото парчето метален натрий е заобиколено от вода.

Както при майонезата, в химията има хетерогенни системи, които макроскопски преминават за хомогенност, но под светлината на мощен микроскоп истинските им хетерогенни фази блестят.

Характеристики на хетерогенната система

Какви са характеристиките на хетерогенна химическа система? Като цяло те могат да бъдат изброени, както следва:

-Те се състоят от две или повече фази; с други думи, тя не е еднаква.

-По принцип може да се състои от която и да е от следните двойки фази: твърда твърда, твърда течност, твърда газ, течност-течност, течност-газ; Освен това и трите могат да присъстват в една и съща система твърди течности и газове.

-Неговите компоненти и фази се различават най-напред с просто око. Следователно е достатъчно да се наблюдава системата, за да се правят изводи от нейните характеристики; като цвят, вискозитет, размер и форма на кристали, миризма и др.

Обикновено включва термодинамично равновесие или висок или нисък афинитет между частиците във фаза или между две различни фази.

-Физикохимичните свойства варират в зависимост от региона или посоката на системата. По този начин стойностите за например точката на топене могат да варират от един участък на хетерогенно твърдо вещество до друг. Също така (най-често срещаният случай) цветовете или нюансите се променят в цялото твърдо вещество (течност или газ) в сравнение с тях.

-Те са смеси от вещества; тоест не се прилага за чисти вещества.

Степен на наблюдение

Всяка хомогенна система може да се счита за хетерогенна, ако скалата или степента на наблюдение са променени. Например, карафа, напълнен с чиста вода, е хомогенна система, но тъй като молекулите му се наблюдават, има милиони от тях със собствени скорости.

От молекулярна гледна точка системата продължава да бъде хомогенна, тъй като е само молекули на Н ₂ О. Но, като допълнително намали мащаба на наблюдение до атомни нива, водата става хетерогенна, тъй като не се състои от един тип атом, но водород и кислород.

Следователно характеристиките на хетерогенните химични системи зависят от степента на наблюдение. Ако вземете предвид микроскопичната скала, може да попаднете на многостранни системи.

Твърдият А, очевидно хомогенен и сребрист цвят, може да се състои от множество слоеве от различни метали (ABCDAB…) и следователно да бъде хетерогенен. Следователно, А е макроскопски хомогенен, но хетерогенен на микро (или нано) нива.

По същия начин, същите атоми са хетерогенни системи, тъй като са изградени от вакуум, електрони, протони, неутрони и други субатомни частици (като кварки).

класификация

Като се има предвид тогава макроскопичната степен на наблюдение, която определя видимите характеристики или измеримо свойство, хетерогенните химични системи могат да бъдат класифицирани по следните начини:

Наситени разтвори (течност-течност, течност-твърдо вещество, течност-газ)

Наситените разтвори са вид химическа хетерогенна система, в която разтвореното вещество не може да продължи да се разтваря и образува фаза, отделна от тази на разтворителя. Примерът с кристали вода и захар попада в тази класификация.

Молекулите на разтворителя достигат точка, в която не могат да се настанят или разтворят разтвореното вещество. Тогава допълнителното разтворено вещество, твърдо или газообразно, бързо ще се прегрупира, образувайки твърдо вещество или мехурчета; тоест система течност-твърдо вещество или течност-газ.

Разтвореното вещество може също да бъде течност, която е смесима с разтворителя до определена концентрация; в противен случай те биха били смесими при всякакви концентрации и не биха образували наситен разтвор. Под смесване се разбира, че сместа от двете течности образува една единна еднаква фаза.

Ако, от друга страна, течният разтворител е несмесваем с разтворителя, какъвто е случаят със сместа масло и вода, най-малкото добавено количество разтворът става наситен. В резултат се образуват две фази: едната водна, а другата мазна.

Разтвори с утаени соли

Някои соли установяват баланс на разтворимост поради факта, че взаимодействията между техните йони са много силни и те се прегрупират в кристали, които водата не може да дисоциира.

Този тип хетерогенна система също се състои от течна фаза и твърда фаза; Но за разлика от наситените разтвори, разтвореното вещество е сол, която не изисква големи количества за утаяване.

Например смесването на два водни разтвора на ненаситени соли, едната от NaCl, а другата от AgNO ₃, утаява неразтворимата сол AgCl. Сребърен хлорид установява равновесие на разтворимост в разтворителя, като във водния контейнер се наблюдава почти бяло твърдо вещество.

По този начин характеристиките на тези разтвори зависят от вида на образуваната утайка. По принцип хромовите соли са много цветни, както и тези от манган, желязо или някакъв метален комплекс. Тази утайка може да бъде кристално, аморфно или желатиново твърдо вещество.

Фазови преходи

Леден блок може да представлява хомогенна система, но когато се стопи, образува допълнителна фаза на течна вода. Следователно фазовите преходи на веществото също са хетерогенни системи.

Освен това, някои молекули могат да избягат от повърхността на леда във фазата на парата. Това се дължи на факта, че не само течната вода има налягане на пара, но и лед, макар и в по-малка степен.

Хетерогенните системи на фазови преходи се прилагат за всяко вещество (чисто или нечисто). По този начин всички твърди частици, които се стопяват, или течността, която се изпарява, принадлежат към този тип система.

Твърди вещества и газове

Много често срещан клас хетерогенни системи в химията са твърди вещества или газове с различни компоненти. Например пицата в изображението попада в тази класификация. И ако вместо сирене, червен пипер, аншоа, шунка, лук и т.н., имаше сяра, въглища, фосфор и мед, тогава щеше да има още едно хетерогенно твърдо вещество.

Сярата се откроява с жълтия си цвят; въглища за това, че са черно твърдо вещество; фосфорът е червен; и лъскава, метална мед. Всички те са твърди, следователно системата се състои от фаза, но с няколко компонента. В ежедневието примерите на този тип система са несъизмерими.

Също така газовете могат да образуват разнородни смеси, особено ако имат различни цветове или плътност. Те могат да носят много малки частици, както се случва с водата вътре в облаците. С увеличаване на размера си поглъщат видима светлина и в резултат облаците стават сивкави.

Пример за хетерогенна система на твърди газове е димът, който се състои от много малки въглеродни частици. Поради тази причина димът от непълно изгаряне е черен цвят.

Методи на фракциониране

Фазите или компонентите на хетерогенната система могат да бъдат разделени, като се възползват от различията във техните физични или химични свойства. По този начин оригиналната система се фракционира, докато останат само хомогенни фази. Някои от по-често срещаните методи са следните.

филтриране

Филтрацията се използва за отделяне на твърдо вещество или утайка от течност. Така двете фази успяват да се разделят, макар и с определено ниво на нечистота. По тази причина твърдото вещество обикновено се измива и впоследствие се суши във фурна. Тази процедура може да се извърши или чрез прилагане на вакуум, или просто чрез гравитация.

Декантиране

Този метод е полезен и за отделяне на твърдо вещество от течност. Той се различава донякъде от предишния по това, че твърдото вещество обикновено е с твърда консистенция и е напълно отложено на дъното на контейнера. За целта просто наклонете устието на контейнера под подходящ ъгъл, така че течността да изтича от него.

По подобен начин декантирането позволява да се разделят две течности, тоест система течност-течност. В този случай се използва разделителна фуния.

Двуфазната смес (две несмесими течности) се прехвърля във фунията, а течността с по-ниска плътност ще бъде разположена в горната част; докато този с най-висока плътност, в долната част, в контакт с изхода на отвора.

Източник: Pixabay

Горното изображение представлява фуния за разделяне или разделяне. Тази стъклена посуда се използва и за извличане на течност-течност; тоест да се извлече разтвор от първоначалната течност чрез добавяне на друга течност, в която е още по-разтворима.

Пресяването

Пресяването се използва за отделяне на твърди компоненти с различни размери. Много често се намира в кухнята сито или сито за почистване на зърната, пречистване на пшеничното брашно или отстраняване на твърди остатъци от гъсти сокове. В химията може да се използва за отделяне на малки кристали от по-големи.

привличане

Този метод се използва за твърди твърди системи, при които един или повече от компонентите са привлечени от магнит. По този начин, началната хетерогенна фаза се пречиства, докато магнитът премахва феромагнитните елементи. Например, намагнитването се използва за отделяне на ламарината от кошчето.

центрофугиране

Центрофугирането разделя суспендираното твърдо вещество от течност. Не може да се филтрира, тъй като частиците плуват равномерно, заемайки целия обем на течността. За да се разделят двете фази, количество от хетерогенната смес се подлага на центробежна сила, която утаява твърдото вещество на дъното на тръбата за центрофуга.

сублимация

Методът за разделяне на сублимацията се прилага само за летливи твърди частици; тоест за тези с високо налягане на парата при ниски температури.

При загряване на хетерогенната смес, летливото твърдо вещество излиза в газовата фаза. Пример за неговото приложение е пречистването на проба, замърсена с йод или амониев хлорид.

Примери

Досега бяха споменати няколко примера за разнородни химични системи. За да ги допълним, по-долу са изброени допълнителни, а други извън химическия контекст:

-Гранитът, камъните на река, планини или всяка скала с вени от много цветове.

-Минералите също се считат за хетерогенни системи, тъй като те са съставени от различни видове твърди структури, съставени от йони. Качествата му са продукт на взаимодействието между йони с кристална структура и примеси.

- Безалкохолните напитки. В тях има течно-газово равновесие, което чрез намаляване на външното налягане намалява разтворимостта на разтворения газ; поради тази причина се наблюдават много мехурчета (газообразно разтворено вещество), които се покачват до повърхността на течността, когато не бъдат покрити.

-Всяка реакционна среда, която включва реагенти в различни фази и които също изискват магнитна бъркалка, за да се гарантира по-висока реакционна скорост.

-Хетерогенни катализатори. Тези твърди вещества осигуряват места по повърхността им или порите, където контактът между реагентите се ускорява и те не се намесват или претърпяват необратима трансформация в реакцията.

-Фризова стена, мозаечна стена или архитектурен дизайн на сграда.

-Многослойни желатини с много вкусове.

-Куб на Рубик.

Препратки

1. Равновесие в хетерогенните системи. Възстановено от: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7 ноември 2010 г.). Хомогенни и хетерогенни системи. Възстановено от: quimicafisica.com
3. Джил. (7 юни 2006 г.). Хомогенни и хетерогенни системи. Възстановени от: chemistryforstudents.blogspot.com
4. Красота. (2018). Примери за хетерогенна смес. Възстановено от: example.yourdictionary.com
5. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. В Елементите на група 15. (четвърто издание). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Хомогенност и хетерогенност. Възстановено от: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001 г.). Неорганична химия. Възстановено от: books.google.com