HETEROGENE SYSTEM: EGENSKAPER, KLASSIFISERING OG METODER - KJEMI - 2026

Et heterogent system er den delen av universet som er okkupert av atomer, molekyler eller ioner, på en slik måte at de danner to eller flere skillelige faser. Med "del av universet" forstås det en dråpe, en ball, reaktoren, bergarter; og etter fase, til en tilstand eller sammenstillingsmåte, enten det er fast, flytende eller gassformig.

Systemets heterogenitet varierer fra definisjonen fra ett kunnskapsfelt til et annet. Imidlertid deler dette konseptet mange likheter innen matlaging og kjemi.

Kilde: Pexels

For eksempel er en pizza med overflaten fullpakket med ingredienser, som den på bildet over, et heterogent system. Tilsvarende, salat, en blanding av nøtter og korn, eller en svak drink teller også som heterogene systemer.

Merk at elementene er synlige ved første øyekast og kan skilles manuelt. Hva med majones? Eller melk? Ved første øyekast er de homogene, men mikroskopisk er de heterogene systemer; mer spesifikt er det emulsjoner.

I kjemi består ingrediensene av reagenser, partikler eller et stoff som er undersøkt. Fasene er ikke annet enn fysiske aggregater av nevnte partikler, som gir alle kvalitetene som kjennetegner fasene. Således "oppfører seg" den flytende fasen av alkohol annerledes enn den med vann, og enda mer, fra den med flytende kvikksølv.

I visse systemer er fasene like gjenkjennelige som en mettet sukkeroppløsning, med krystaller i bakgrunnen. Hver av seg selv kan klassifiseres som homogen: over en fase dannet av vann, og under, en fast fase sammensatt av sukkerkrystaller.

Når det gjelder vann-sukker-systemet, snakker vi ikke om en reaksjon, men om metning. I andre systemer er transformasjonen av materie til stede. Et enkelt eksempel er blandingen av et alkalimetall, så som natrium, og vann; Det er eksplosivt, men til å begynne med er stykke metallisk natrium omgitt av vann.

Som med majones er det heterogene systemer innen kjemi som makroskopisk passerer for homogene, men under lyset av et kraftig mikroskop skinner deres virkelige heterogene faser.

Kjennetegn på det heterogene systemet

Hva er egenskapene til et heterogent kjemisk system? Generelt kan de være oppført som følger:

-De er sammensatt av to eller flere faser; det er med andre ord ikke ensartet.

-Det kan generelt bestå av hvilke som helst av de følgende fasene: fast-fast, fast-væske, fast-gass, væske-væske, flytende-gass; Videre kan alle tre være til stede i det samme faste-væske-gass-systemet.

-Det er komponenter og faser som kan skilles i første omgang med det blotte øye. Derfor er det nok å observere systemet for å trekke konklusjoner ut fra dets egenskaper; som farge, viskositet, størrelse og form på krystaller, lukt, etc.

-Det innebærer vanligvis en termodynamisk likevekt, eller en høy eller lav affinitet mellom partiklene i en fase eller mellom to forskjellige faser.

-Fysisk-kjemiske egenskaper varierer i henhold til region eller retning på systemet. Således kan verdiene for for eksempel smeltepunktet variere fra et område av et heterogent faststoff til et annet. Også (det vanligste tilfellet) endrer farger eller fargetoner seg gjennom det faste stoffet (væske eller gass) når de sammenlignes.

-De er blandinger av stoffer; det vil si at det ikke gjelder rene stoffer.

Observasjonsgrad

Ethvert homogent system kan betraktes som heterogent hvis skalaene eller observasjonsgradene modifiseres. For eksempel er en karaffel fylt med rent vann et homogent system, men når molekylene blir observert, er det millioner av dem med sine egne hastigheter.

Fra den molekylære synspunkt, fortsetter systemet til å være homogent, fordi det er bare H ₂ O molekyler . Men, ved å ytterligere redusere omfanget av observasjon til atomnivå, blir vannet heterogene, siden den ikke består av en enkelt type atom men hydrogen og oksygen.

Derfor avhenger kjennetegnene til heterogene kjemiske systemer av observasjonsgraden. Hvis du vurderer den mikroskopiske skalaen, kan du komme over mangefasetterte systemer.

Et solid A, tilsynelatende homogent og sølvfarget, kan bestå av flere lag med forskjellige metaller (ABCDAB …) og derfor være heterogent. Derfor er A makroskopisk homogent, men heterogent på mikro- (eller nano) nivåer.

På samme måte er de samme atomene heterogene systemer, siden de er laget av vakuum, elektroner, protoner, nøytroner og andre subatomiske partikler (for eksempel kvarker).

Klassifisering

Tatt i betraktning som en makroskopisk observasjonsgrad, som definerer de synlige egenskapene eller en målbar egenskap, kan heterogene kjemiske systemer klassifiseres på følgende måter:

Mettede løsninger (væske-væske, flytende-fast, flytende-gass)

Mettede oppløsninger er en type kjemisk heterogent system hvor oppløsningen ikke kan fortsette å oppløses og danner en fase som er atskilt fra løsningsmidlets. Eksemplet på vann- og sukkerkrystaller faller i denne klassifiseringen.

Oppløsningsmiddelmolekyler når et punkt der de ikke kan imøtekomme eller solvate oppløsningen. Da vil den ekstra løsningen, fast eller gassformig, raskt omgruppere for å danne et fast stoff eller bobler; det vil si et flytende faststoff eller flytende-gassystem.

Oppløsningen kan også være en væske, som er blandbar med løsningsmidlet opp til en viss konsentrasjon; Ellers ville de være blandbare i alle konsentrasjoner og ville ikke danne en mettet løsning. Ved blandbarhet er det forstått at blandingen av de to væsker danner en ensartet fase.

Hvis derimot det flytende oppløste stoffet ikke kan blandes med løsningsmidlet, som tilfellet er med olje- og vannblandingen, blir den minste mengde tilsatt løsningen mettet. Som et resultat dannes to faser: den ene vandig og den andre fet.

Løsninger med utfelte salter

Noen salter etablerer en løselighetsbalanse, på grunn av det faktum at interaksjonen mellom ionene deres er veldig sterk, og de omgrupperes til krystaller som vannet ikke kan dissosiere.

Denne typen heterogene system består også av en flytende fase og en fast fase; Men i motsetning til mettede løsninger, er løsningen et salt som ikke krever store mengder å utfelle.

For eksempel, å blande to vandige oppløsninger av umettede salter, en av NaCl og den andre av AgNO ₃ , utfeller det uoppløselige salt AgCl. Sølvklorid etablerer en løselighetsbalanse i løsningsmidlet, mens et off-white faststoff blir observert i den vandige beholderen.

Egenskapene til disse løsningene avhenger således av typen dannet bunnfall. Generelt er kromsaltene veldig fargerike, så vel som mangan, jern eller et metallisk kompleks. Dette bunnfallet kan være et krystallinsk, amorft eller gelatinøst fast stoff.

Faseoverganger

En isblokk kan utgjøre et homogent system, men når den smelter, danner den en ekstra fase med flytende vann. Derfor er faseovergangene av et stoff også heterogene systemer.

I tillegg kan noen molekyler slippe ut fra overflaten av isen inn i dampfasen. Dette skyldes det faktum at ikke bare flytende vann har damptrykk, men også is, selv om det i mindre grad er.

Heterogene systemer med faseoverganger gjelder ethvert stoff (rent eller uren). Dermed tilhører alle faste stoffer som smelter, eller væsken som fordamper, til denne typen system.

Faststoffer og gasser

En veldig vanlig klasse av heterogene systemer i kjemi er faste stoffer eller gasser med forskjellige komponenter. For eksempel faller pizzaen på bildet inn i denne klassifiseringen. Og hvis det i stedet for ost, paprika, ansjos, skinke, løk osv. Hadde svovel, kull, fosfor og kobber, ville det være et annet heterogent fast stoff.

Svovel skiller seg ut for sin gule farge; kull for å være et svart fast stoff; fosfor er rød; og skinnende, metallisk kobber. Alle er solide, derfor består systemet av en fase, men med flere komponenter. I hverdagen er eksemplene på denne typen system uberegnelige.

Gasser kan også danne heterogene blandinger, spesielt hvis de har forskjellige farger eller tettheter. De kan bære veldig små partikler, som forekommer med vann inne i skyer. Når de vokser i størrelse, tar de opp synlig lys og skyene blir gråaktig som et resultat.

Et eksempel på et heterogent fast-gass-system er røyk som består av veldig små karbonpartikler. Av denne grunn er røyken fra ufullstendig forbrenning svartaktig i fargen.

Fraksjonsmetoder

Fasene eller komponentene i et heterogent system kan skilles ved å utnytte forskjeller i deres fysiske eller kjemiske egenskaper. På denne måten fraksjoneres det originale systemet inntil det bare gjenstår homogene faser. Noen av de mer vanlige metodene er som følger.

filtrering

Filtrering brukes til å skille et fast stoff eller bunnfall fra en væske. Dermed klarer de to fasene å skille seg, selv om de har et visst nivå av urenhet. Av denne grunn vaskes faststoffet generelt og tørkes deretter i en ovn. Denne prosedyren kan gjøres enten ved å påføre vakuum, eller ganske enkelt med tyngdekraften.

dekantering

Denne metoden er også nyttig for å skille et fast stoff fra en væske. Det skiller seg noe fra det forrige ved at det faste stoffet generelt er solid i konsistens og avsettes helt i bunnen av beholderen. For å gjøre dette, vipp ganske enkelt munnen på beholderen i en passende vinkel slik at væsken strømmer ut av den.

På lignende måte tillater dekantering to væsker å skilles, det vil si et væske-væske-system. I dette tilfellet brukes en skilletrakt.

Den bifasiske blandingen (to blandbare væsker) overføres til trakten, og væsken med lavere tetthet vil være plassert øverst; mens den med høyeste tetthet, i nedre del, i kontakt med utløpsåpningen.

Kilde: Pixabay

Det øvre bildet representerer en skilletrekk eller skilletrakt. Dette glasset brukes også til væske-væskeekstraksjoner; det vil si å trekke ut et løst stoff fra den opprinnelige væsken ved å tilsette en annen væske hvor den er enda mer løselig.

sikting

Sieving brukes til å skille faste komponenter i forskjellige størrelser. Det er veldig vanlig å finne en sil eller sil inni kjøkkenet for å rense kornene, rense hvetemelet eller fjerne faste rester fra tykke juice. I kjemi kan den brukes til å skille små krystaller fra større.

magnetisering

Denne metoden brukes til faste, faste systemer der en eller flere av komponentene tiltrekkes av en magnet. Dermed blir den opprinnelige heterogene fasen renset når magneten fjerner de ferromagnetiske elementene. For eksempel brukes magnetisering for å skille blikkplate fra søppel.

sentrifugering

Sentrifugering skiller et suspendert faststoff fra en væske. Det kan ikke filtreres fordi partiklene svømmer jevn og opptar hele væskevolumet. For å skille de to fasene blir en mengde av den heterogene blanding utsatt for en sentrifugalkraft, som sedimenterer faststoffet i bunnen av sentrifugerøret.

Sublime

Sublimasjonsseparasjonsmetoden brukes bare for flyktige faste stoffer; det vil si for de med høyt damptrykk ved lave temperaturer.

Ved oppvarming av den heterogene blanding slipper det flyktige faste stoffet ut i gassfasen. Et eksempel på dens anvendelse er rensing av en prøve forurenset med jod eller ammoniumklorid.

eksempler

Så langt har flere eksempler på heterogene kjemiske systemer blitt nevnt. For å komplettere dem, er ytterligere de listet opp nedenfor og andre utenfor den kjemiske konteksten:

-Granitt, steinene i en elv, fjellene eller en hvilken som helst stein med årer i mange farger.

-Mineraler teller også som heterogene systemer, siden de består av forskjellige typer faste strukturer som består av ioner. Kvalitetene er produktet av samspillet mellom ioner av en krystallinsk struktur og urenheter.

- Brusene. I dem er det en flytende-gass-likevekt, som ved å redusere det ytre trykket, reduserer løseligheten av den oppløste gassen; av denne grunn observeres mange bobler (gassformig oppløst stoff) stiger til overflaten av væsken når de blir avdekket.

-Hvert reaksjonsmedium som involverer reagenser i forskjellige faser, og som også krever magnetisk rører for å garantere høyere reaksjonshastighet.

-Heterogene katalysatorer. Disse faste stoffer tilveiebringer steder på overflaten eller porene der kontakten mellom reaktantene akselereres, og de griper ikke inn eller gjennomgår en irreversibel transformasjon i reaksjonen.

-En frisevegg, en mosaikkvegg eller den arkitektoniske utformingen av en bygning.

-Multi-lagede gelatiner av mange smaker.

-En Rubiks kube.

referanser

1. Likevekt i heterogene systemer. Gjenopprettet fra: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7. november 2010). Homogene og heterogene systemer. Gjenopprettet fra: quimicafisica.com
3. Jill. (7. juni 2006). Homogene og heterogene systemer. Gjenopprettet fra: chemistryforstudents.blogspot.com
4. Skjønnhet. (2018). Eksempler på heterogen blanding. Gjenopprettet fra: eksempler
5. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. I elementene i gruppe 15. (fjerde utgave). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogenitet og heterogenitet. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Uorganisk kjemi. Gjenopprettet fra: books.google.com