HETEROGENNÍ SYSTÉM: VLASTNOSTI, KLASIFIKACE A METODY - CHEMIE - 2025

Heterogenní systém, je ta část vesmíru obsazený atomů, molekul nebo iontů, a to takovým způsobem, že tvoří dvě nebo více rozeznatelné fází. Pod pojmem "část vesmíru" se rozumí kapka, koule, reaktor, horniny; a fázově, do stavu nebo způsobu agregace, ať už pevné, kapalné nebo plynné.

Heterogenita systému se liší od jeho definice od jedné oblasti znalostí k druhé. Tento koncept však sdílí mnoho podobností v rámci vaření a chemie.

Zdroj: Pexels

Například pizza s povrchem nabitým přísadami, jako je ta na obrázku výše, je heterogenní systém. Podobně salát, směs ořechů a zrn nebo šumivý nápoj se také počítají jako heterogenní systémy.

Všimněte si, že jeho prvky jsou na první pohled vidět a lze je oddělit ručně. A co majonéza? Nebo mléko? Na první pohled jsou homogenní, ale mikroskopicky jsou to heterogenní systémy; konkrétněji to jsou emulze.

V chemii se složky skládají z činidel, částic nebo látky, která je předmětem zkoumání. Fáze nejsou ničím jiným než fyzickými agregáty uvedených částic, které poskytují všechny vlastnosti, které charakterizují fáze. Kapalná fáze alkoholu se tedy chová odlišně od vody, a ještě více od kapalné rtuti.

V některých systémech jsou fáze stejně rozeznatelné jako nasycený cukrový roztok s krystaly v pozadí. Každý z nich může být klasifikován jako homogenní: nad fází tvořenou vodou a pod pevnou fází složenou z krystalů cukru.

V případě systému voda-cukr nemluvíme o reakci, ale o nasycení. V jiných systémech je přítomna přeměna hmoty. Jednoduchým příkladem je směs alkalického kovu, jako je sodík a voda; Je výbušný, ale nejprve je kovový sodík obklopen vodou.

Stejně jako u majonézy existují v chemii heterogenní systémy, které makroskopicky procházejí homogenním, ale pod světlem výkonného mikroskopu svítí jejich skutečné heterogenní fáze.

Charakteristika heterogenního systému

Jaké jsou vlastnosti heterogenního chemického systému? Obecně je lze uvést takto:

- Jsou složeny ze dvou nebo více fází; jinými slovy to není jednotné.

-Může obecně sestávat z kteréhokoli z následujících párů fází: pevná látka-pevná látka, pevná látka-kapalina, pevná látka-plyn, kapalina-kapalina, kapalina-plyn; Kromě toho mohou být všechny tři přítomny ve stejném systému pevná látka-kapalina-plyn.

-Jsou komponenty a fáze rozeznatelné pouhým okem. Stačí tedy systém pozorovat a vyvodit z jeho charakteristik závěry; jako je barva, viskozita, velikost a tvar krystalů, zápach atd.

- Obvykle zahrnuje termodynamickou rovnováhu nebo vysokou nebo nízkou afinitu mezi částicemi ve fázi nebo mezi dvěma různými fázemi.

- Fyzikálně-chemické vlastnosti se liší podle oblasti nebo směru systému. Hodnoty například teploty tání se tedy mohou pohybovat od jedné oblasti heterogenní pevné látky do druhé. Také (nejběžnější případ) se barvy nebo odstíny mění v pevné látce (kapalina nebo plyn) při jejich porovnání.

- Jsou to směsi látek; to znamená, že se nevztahuje na čisté látky.

Stupeň pozorování

Jakýkoli homogenní systém lze považovat za heterogenní, pokud se změní měřítka nebo stupně pozorování. Například karafa naplněná čistou vodou je homogenní systém, ale jak jsou pozorovány její molekuly, existují miliony z nich s vlastní rychlostí.

Z molekulárního hlediska je systém nadále homogenní, protože se jedná pouze o molekuly H ₂ O. Avšak dalším snížením měřítka pozorování na atomové hladiny se voda stává heterogenní, protože se netýká jediného typu atom, ale vodík a kyslík.

Proto charakteristiky heterogenních chemických systémů závisí na stupni pozorování. Pokud vezmete v úvahu mikroskopické měřítko, můžete narazit na mnohostranné systémy.

Pevná A, zjevně homogenní a stříbrná barva, by se mohla skládat z více vrstev různých kovů (ABCDAB…), a proto by mohla být heterogenní. Proto je A makroskopicky homogenní, ale heterogenní na mikro (nebo nano) úrovni.

Stejně tak jsou stejné atomy heterogenní systémy, protože jsou vyrobeny z vakua, elektronů, protonů, neutronů a dalších subatomárních částic (jako jsou kvarky).

Klasifikace

S ohledem na makroskopický stupeň pozorování, který definuje viditelné vlastnosti nebo měřitelnou vlastnost, lze heterogenní chemické systémy klasifikovat následujícími způsoby:

Nasycené roztoky (kapalina-kapalina, kapalina-pevná látka, kapalina-plyn)

Nasycené roztoky jsou typem chemického heterogenního systému, ve kterém se rozpuštěná látka nemůže dále rozpouštět a tvoří fázi oddělenou od fáze rozpouštědla. Příklad krystalů vody a cukru spadá do této klasifikace.

Molekuly rozpouštědla dosáhnou bodu, ve kterém se nemohou solvatovat nebo solvatovat. Poté se další solut, pevná látka nebo plyn, rychle přeskupí za vzniku pevné látky nebo bublin; to znamená systém kapalina-pevná látka nebo kapalina-plyn.

Solut může být také kapalina, která je mísitelná s rozpouštědlem až do určité koncentrace; jinak by byly mísitelné ve všech koncentracích a netvořily by nasycený roztok. Mísitelným se rozumí, že směs těchto dvou kapalin tvoří jednu uniformní fázi.

Pokud je na druhé straně kapalná solutum nemísitelná s rozpouštědlem, jako je tomu u směsi oleje a vody, stane se nejméně přidané množství roztoku nasyceným. Výsledkem jsou dvě fáze: jedna vodná a druhá olejová.

Roztoky s vysráženými solemi

Některé soli vytvářejí rovnováhu rozpustnosti, protože interakce mezi jejich ionty jsou velmi silné a přeskupují se do krystalů, které voda nemůže disociovat.

Tento typ heterogenního systému také sestává z kapalné fáze a pevné fáze; Na rozdíl od nasycených roztoků je však solutem sůl, která nevyžaduje srážení velkých množství.

Například, míchání dvou vodných roztoků nenasycených solí, jeden z chloridu sodného a druhá s dusičnanem stříbrným ₃, vysráží nerozpustné soli AgCl. Chlorid stříbrný vytváří rovnováhu rozpustnosti v rozpouštědle, přičemž ve vodné nádobě je pozorována bělavá pevná látka.

Vlastnosti těchto roztoků tedy závisí na typu vytvořené sraženiny. Obecně jsou chromové soli velmi barevné, stejně jako soli manganu, železa nebo nějakého kovového komplexu. Tato sraženina může být krystalická, amorfní nebo želatinová pevná látka.

Fázové přechody

Blok ledu může tvořit homogenní systém, ale když se roztaví, tvoří další fázi kapalné vody. Fázové přechody látky jsou proto také heterogenní systémy.

Navíc některé molekuly mohou unikat z povrchu ledu do parní fáze. To je způsobeno tím, že nejen kapalná voda má tlak par, ale také led, i když v menší míře.

Heterogenní systémy fázových přechodů se vztahují na jakoukoli látku (čistou nebo nečistou). Všechny pevné látky, které se tají, nebo kapalina, která se odpařuje, tedy patří do tohoto typu systému.

Pevné látky a plyny

Velmi běžnou třídou heterogenních systémů v chemii jsou pevné látky nebo plyny s různými složkami. Například pizza na obrázku spadá do této klasifikace. A kdyby místo sýra, papriky, ančoviček, šunky, cibule atd. Obsahoval síru, uhlí, fosfor a měď, pak by byla další heterogenní pevná látka.

Síra vyniká svou žlutou barvou; uhlí jako černá pevná látka; fosfor je červený; a lesklá kovová měď. Všechny jsou pevné, proto se systém skládá z fáze, ale s několika složkami. V každodenním životě jsou příklady tohoto typu systému nevyčíslitelné.

Plyny mohou také vytvářet heterogenní směsi, zejména pokud mají různé barvy nebo hustoty. Mohou nést velmi malé částice, jak se vyskytuje s vodou uvnitř mraků. Jak rostou, absorbují viditelné světlo a výsledkem je zčervenání mraků.

Příkladem heterogenního systému pevného plynu je kouř, který se skládá z velmi malých uhlíkových částic. Z tohoto důvodu má kouř z neúplného spalování černou barvu.

Frakcionační metody

Fáze nebo složky heterogenního systému lze oddělit s využitím rozdílů ve jejich fyzikálních nebo chemických vlastnostech. Tímto způsobem se původní systém frakcionuje, dokud nezůstanou pouze homogenní fáze. Některé z běžnějších metod jsou následující.

Filtrace

Filtrace se používá k oddělení pevné látky nebo sraženiny od kapaliny. Obě fáze se tedy podaří oddělit, i když s určitou úrovní nečistoty. Z tohoto důvodu se pevná látka obvykle promyje a následně suší v peci. Tento postup lze provést buď pomocí vakua, nebo jednoduše gravitací.

Dekantace

Tento způsob je také užitečný pro oddělení pevné látky od kapaliny. Liší se od předchozího v tom, že pevná látka je obecně pevná v konzistenci a je zcela usazena na dně nádoby. K tomu jednoduše nakloňte ústí nádoby pod vhodným úhlem, aby z ní vytékala kapalina.

Podobně dekantace umožňuje oddělení dvou kapalin, to znamená systému kapalina-kapalina. V tomto případě se používá oddělovací trychtýř.

Dvoufázová směs (dvě nemísitelné kapaliny) se převede do nálevky a kapalina s nižší hustotou bude umístěna nahoře; zatímco ten s nejvyšší hustotou, ve spodní části, je v kontaktu s výstupním otvorem.

Zdroj: Pixabay

Horní obrázek představuje oddělovací nebo oddělovací trychtýř. Toto sklo se také používá pro extrakce kapalina-kapalina; to znamená extrahovat solut z počáteční kapaliny přidáním další kapaliny, ve které je ještě rozpustnější.

Prosévání

Prosévání se používá k oddělení pevných složek různých velikostí. Je velmi běžné najít uvnitř kuchyně síto nebo síto, které vyčistí zrna, očistí pšeničnou mouku nebo odstraní pevné zbytky z hustých šťáv. V chemii lze použít k oddělení malých krystalů od větších.

Magnetizace

Tato metoda se používá pro systémy pevné a pevné látky, kde je jedna nebo více složek přitahováno magnetem. Počáteční heterogenní fáze se tak vyčistí, když magnet odstraní feromagnetické prvky. Například magnetizace se používá k oddělení pocínovaného plechu od koše.

Odstředění

Centrifugace odděluje suspendovanou pevnou látku od kapaliny. Nelze jej filtrovat, protože částice plavou rovnoměrně a zabírají celý objem kapaliny. Pro oddělení obou fází je množství heterogenní směsi vystaveno odstředivé síle, která sedimentuje pevnou látku na dně centrifugační zkumavky.

Sublimace

Metoda sublimační separace se používá pouze pro těkavé pevné látky; to znamená pro ty, kteří mají vysoký tlak par při nízkých teplotách.

Po zahřátí heterogenní směsi uniká těkavá pevná látka do plynné fáze. Příkladem jeho aplikace je čištění vzorku kontaminovaného jodem nebo chloridem amonným.

Příklady

Dosud bylo uvedeno několik příkladů heterogenních chemických systémů. K jejich doplnění jsou níže uvedeny další a další mimo chemický kontext:

- Žula, kameny řeky, hory nebo jakákoli skála s žilami mnoha barev.

-Minerály se také počítají jako heterogenní systémy, protože jsou tvořeny různými typy pevných struktur tvořených ionty. Jeho vlastnosti jsou výsledkem interakce mezi ionty krystalické struktury a nečistotami.

- Nealkoholické nápoje. V nich je rovnováha kapalina-plyn, která snížením vnějšího tlaku snižuje rozpustnost rozpuštěného plynu; z tohoto důvodu je pozorováno mnoho bublin (plynná rozpuštěná látka) stoupající na povrch kapaliny, když jsou odkryty.

-Každé reakční médium, které obsahuje činidla v různých fázích a které také vyžaduje magnetické míchadlo, aby byla zaručena vyšší reakční rychlost.

-Heterogenní katalyzátory. Tyto pevné látky poskytují místa na svém povrchu nebo pórech, kde je kontakt mezi reaktanty zrychlen a nezasahují ani nepodléhají nevratné transformaci v reakci.

- Vlysová zeď, mozaiková zeď nebo architektonický návrh budovy.

- Vícevrstvé želatiny mnoha příchutí.

- Rubikova kostka.

Reference

1. Rovnováha v heterogenních systémech. Obnoveno z: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7. listopadu 2010). Homogenní a heterogenní systémy. Obnoveno z: quimicafisica.com
3. Jill. (7. června 2006). Homogenní a heterogenní systémy. Obnoveno z: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Příklady heterogenní směsi. Obnoveno z: example.yourdictionary.com
5. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. V Prvcích skupiny 15. (čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogenita a heterogenita. Obnoveno z: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Anorganická chemie. Obnoveno z: books.google.com