MATERIÁLOVÉ SYSTÉMY: KLASIFIKACE, FÁZE A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2026

Tyto materiálové systémy jsou ty, které jsou složeny z hmoty a které jsou izolovány od zbytku vesmíru, které mají být zkoumány. Hmota je všude, dává vnímání každodenního života formu a skutečný význam, ale když chcete studovat část hmoty, ignorujete její okolí a mluvíte o hmotném systému.

Jsou velmi variabilní, protože existují čisté a složené materiály, jakož i různé stavy a fáze agregací. Jak definovat hranici mezi hmotným systémem a jeho okolím? Vše záleží na proměnných, které jsou zvažovány. Například na obrázku pod každým cukrovým mramorem může být studovaný systém.

Pokud je však třeba vzít v úvahu barevnou proměnnou, je nutné zvážit všechny kuličky v prodejním automatu. Protože stroj není zajímavý, je to prostředí kuliček. Hmotným systémem příkladu je tedy hmota kuliček a jejich vlastnosti (ať už jde o gumy, máty atd.).

Chemicky jsou však materiálové systémy definovány jako jakákoli čistá látka nebo jejich směs, klasifikovaná podle jejich fyzikálních aspektů.

Klasifikace

Homogenní materiální systém

Sledovaná látka může vykazovat jednotný vzhled, ve kterém její vlastnosti zůstávají konstantní bez ohledu na analyzovaný vzorek. Jinými slovy: tento druh systému se vyznačuje tím, že má na první pohled pouze jednu fázi hmoty.

Čistá látka a sloučeniny

Pokud je analyzována čistá látka, pak se zjistí, že fyzikálně-chemické vlastnosti se shodují se stejnými hodnotami a výsledky, i když je odebráno mnoho vzorků (a v různých geografických oblastech).

Například, pokud by byl vzorek vápníku porovnán se vzorkem z Asie, Evropy, Afriky a Ameriky, všechny by měly stejné vlastnosti. Totéž by se stalo, kdyby byl odebrán vzorek čistého uhlíku.

Na druhé straně čistá směs také projevuje výše uvedené. Pokud by bylo zaručeno, že břidlice byla vyrobena z jednoho a jediného materiálu, byla by klasifikována jako homogenní materiální systém.

To se však neděje pro vzorek minerálů, protože obecně obsahuje nečistoty z jiných přidružených minerálů, a v tomto případě jde o heterogenní materiální systém. Stejně tak tyto materiální systémy, jako jsou stromy, kameny, hory nebo řeky, spadají do druhé klasifikace.

Rozpuštění

Komerční ocet je 5% vodný roztok kyseliny octové; to znamená, že 5 ml čisté kyseliny octové se rozpustí ve 100 ml vody. Vypadá to však jako průhledná kapalina, i když ve skutečnosti jsou to dvě čisté sloučeniny (voda a kyselina octová).

Heterogenní materiální systém

Na rozdíl od homogenního systému není v této třídě systému ani vzhled ani vlastnosti konstantní, během jeho rozšíření jsou nepravidelné.

Kromě toho může být podroben fyzikálním nebo chemickým separačním technikám, ze kterých jsou extrahovány fáze, které jsou považovány za homogenní systém.

Fáze

Horní obrázek ukazuje stav hmoty a jejich změny. Ty úzce souvisejí s fázemi hmoty, protože zatímco jsou stejné, mají určité jemné rozdíly.

Fáze hmotného systému jsou tedy pevná látka, kapalina a plyn. To znamená, že pro určité záležitosti podrobené analýze může přijmout kteroukoli z předchozích fází.

Protože však interakce v pevných látkách jsou velmi silné a závisí na proměnných, jako je tlak a teplota, systém může nebo nemusí mít různé pevné fáze.

Například sloučenina X, pevná při pokojové teplotě, má fázi I; ale když je tlak na něj velmi vysoký, jeho molekuly se přeuspořádávají kompaktnějším způsobem a poté dojde k přechodu z fáze I do pevné fáze II.

Existují dokonce i další fáze, například III a IV, které pocházejí z II při různých teplotách. Homogenní materiální systém X zjevné pevné fáze tak může získat až čtyři pevné fáze: I, II, III a IV.

V případě kapalných a plynných systémů mohou molekuly v těchto stavech hmoty obecně přijmout pouze jednu fázi. Jinými slovy, nemusí existovat plynná fáze I a plynná fáze II.

Fázový diagram

Existuje mnoho fázových diagramů: některé pro jednu sloučeninu nebo látku (jako je ta na obrázku výše) a jiné pro binární systémy (například sůl ve vodě) nebo ternární (tři složky).

Nejjednodušší ze všech je fázový diagram látky. Tudíž pro hypotetickou látku Y je její fáze reprezentována jako funkce tlaku (osa y) a teploty (osa x).

Při nízkém tlaku je to plyn, bez ohledu na jeho teplotu. Avšak při zvyšování tlaku je plyn Y uložen v pevném Y.

Avšak při teplotách nad kritickým bodem Y plyn kondenzuje na kapalinu Y a pokud se také tlak zvýší (jeden stoupá svisle přes diagram), kapalina tuhne.

Každá čára představuje rovnováhu mezi dvěma fázemi, které odděluje: pevný plyn, kapalný plyn, pevný kapalina, kapalný pevný a pevný kapalný plyn v trojnásobném bodě.

Navíc od kritického bodu Y není ukázán žádný fyzický rozdíl mezi plynnou fází a kapalnou fází: tvoří to, co je známé jako superkritická tekutina.

Příklady

- Balón je materiální systém, protože jeho obsah je plynný a má tedy chemickou povahu; Pokud je plyn méně hustý než vzduch, balón stoupá k obloze.

- Binární systém vodní olej má dvě fáze: jednu vodu a druhou logicky olej. Soubor obou je heterogenní systém, zatímco jednotlivé vrstvy jsou homogenní systémy. Pokud byste chtěli extrahovat olej, musíte provést extrakci kapalina-kapalina s organickým a těkavým rozpouštědlem.

- Systém pevná látka - pevná látka se může skládat ze směsi bílého cukru a hnědého cukru. Zde rozdíl barev mezi krystaly činí tento případ heterogenním systémem.

- Mořská voda je dalším příkladem homogenního materiálového systému. Spočívá v rozpuštění mnoha iontů, které jsou odpovědné za jeho charakteristickou slanou chuť. Pokud by se vzorek mořské vody v nádobě odpařil, usadil by se v bílých solí.

Reference

1. Systém a jeho okolí. Citováno z 27. května 2018, z: chem.libretexts.org
2. Antonio de Ulloa. Materiálové systémy.. Citováno z 27. května 2018, z: 2.educarchile.cl
3. Daniel J. Berger. (2001). Citováno z 27. května 2018, z: bluffton.edu
4. Systém a okolí v chemii. Citováno z 27. května 2018, z: chemteam.info
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (6. února 2018). Otevřená definice systému v chemii. Citováno z 27. května 2018, z: thinkco.com
6. Glen Research Center. Fáze hmoty. Citováno z 27. května 2018, z: grc.nasa.gov
7. Alison H. (2006-09-15). Spuštění balónu. Citováno z 28. května 2018, z: flickr.com