Iseloomulik heterogeenne süsteem, klassifikatsioon, fraktsioneerimismeetodid



A heterogeenne süsteem on see universumi see osa, kus on aatomid, molekulid või ioonid, nii et need moodustavad kaks või enam eristatavat faasi. Seda mõistab "universumi osa" tilk, pall, reaktor, kivimid; ja faasi järgi, kas tahke, vedel või gaasiline agregatsiooni seisund või moodus.

Süsteemi heterogeensus varieerub oma määratlusest ühest teadmiste valdkonnast teise. See kontseptsioon jagab siiski palju toiduvalmistamise ja keemia sarnasusi.

Näiteks on pitsas, mille pind on kokkusurutud koostisosadega, nagu ülaltoodud pildil, heterogeenne süsteem. Sarnaselt loetakse heterogeenseteks süsteemideks ka salat, pähklite ja teraviljade segu või kihisev jook.

Pange tähele, et selle elemendid eristuvad lihtsast vaateväljast ja neid saab käsitsi eraldada. Aga majoneesiga? Või piim? Esmapilgul on nad homogeensed, kuid mikroskoopiliselt on need heterogeensed süsteemid; täpsemalt on need emulsioonid.

Keemias sisaldavad koostisained reaktiive, osakesi või uuritavat ainet. Faasid on ainult nende osakeste füüsikalised agregaadid, mis pakuvad kõiki faase iseloomustavaid omadusi. Seega käitub alkoholi vedel faas erinevalt veest ja isegi rohkem vedelast elavhõbedast..

Teatud süsteemides on faasid sama hästi äratuntavad kui küllastunud suhkrulahus, taustal on kristallid. Igaüks võib iseenesest klassifitseerida homogeenseks: ülaosas faasi, mis on moodustatud veest ja allpool, tahket faasi, mis koosneb suhkrukristallidest..

Vee-suhkrusüsteemi puhul ei räägita reaktsioonist, vaid küllastumisest. Teistes süsteemides esineb aine muundumine. Lihtne näide on leelismetalli, nagu naatriumi ja vee segamine; See on plahvatusohtlik, kuid alguses ümbritseb metallist naatriumi vett veega.

Sarnaselt majoneesiga on keemias heterogeensed süsteemid, mis läbivad makroskoopiliselt homogeensed, kuid võimsa mikroskoobi valguses näitavad nad oma tõelist heterogeenset faasi.

Indeks

  • 1 Heterogeense süsteemi omadused
    • 1.1 Vaatluse aste
  • 2 Klassifikatsioon
    • 2.1 Küllastunud lahused (vedel-vedel, vedel-tahke, vedelgaas)
    • 2.2 Lahused sadestunud sooladega
    • 2.3 Faaside üleminekud
    • 2.4 Tahked ained ja gaasid
  • 3 Fraktsioonimeetodid
    • 3.1 Filtreerimine
    • 3.2 Dekanteerimine
    • 3.3 Sõelumine
    • 3.4 Pildistamine
    • 3.5 Tsentrifuugimine
    • 3.6 Sublimatsioon
  • 4 Näited
  • 5 Viited

Heterogeense süsteemi omadused

Millised on heterogeense keemilise süsteemi omadused? Üldiselt võib neid loetleda järgmiselt:

-Need koosnevad kahest või enamast faasist; teisisõnu, see ei ole ühtlane.

-Üldjuhul võib see koosneda ühest järgmistest faasipaaridest: tahke, tahke-vedel, tahke-gaas, vedelik-vedelik, vedelgaas; ning lisaks sellele võivad kõik kolm olla samas tahkes-vedelas gaasisüsteemis.

-Selle komponendid ja faasid on kõigepealt eristatavad. Seega piisab süsteemi vaatlemisest, et teha selle omaduste põhjal järeldusi; nagu värv, viskoossus, kristallide suurus ja kuju, lõhn jne..

-Tavaliselt hõlmab see termodünaamilist tasakaalu või kõrget või madalat afiinsust osakeste vahel faasis või kahe erineva faasi vahel..

-Füüsikalis-keemilised omadused varieeruvad vastavalt piirkonna piirkonnale või suunale. Seega võivad näiteks sulamistemperatuuri väärtused võnuda heterogeensete tahkete ainete ühest piirkonnast teise. Ka (kõige tavalisem) värvid või toonid muutuvad kogu tahke aine (vedelik või gaas) puhul, kui neid võrreldakse.

-Need on ainete segud; see tähendab, et see ei kehti puhtate ainete kohta.

Vaatluse aste

Mis tahes homogeenset süsteemi võib pidada heterogeenseks, kui mõõtmete või vaatlusastmete muutmine toimub. Näiteks puhta veega täidetud karafi on homogeenne süsteem, kuid selle molekulide jälgimisel on miljoneid oma kiirusega..

Molekulaarsest vaatepunktist on süsteem jätkuvalt homogeenne, sest see on ainult H-molekulid.2O. Aga kui vaatlusmahu vähendatakse veelgi aatomitasemete suhtes, muutub vesi heterogeenseks, kuna see ei koosne ühest aatomi tüübist, vaid vesinikust ja hapnikust.

Seetõttu sõltuvad heterogeensete keemiliste süsteemide omadused vaatluse astmest. Kui arvestate mikroskoopilise skaalaga, on võimalik leida mitmetahulisi süsteeme.

Tahke A, mis on ilmselt homogeenne ja hõbedane, võib koosneda mitmest kihist erinevatest metallidest (ABCDAB ...) ja olla seega heterogeenne. Seetõttu on A makroskoopiliselt homogeenne, kuid mikro (või nano) tasemel heterogeenne.

Samuti on samad aatomid heterogeensed süsteemid, sest need on valmistatud vaakumist, elektronidest, prootonitest, neutronitest ja muudest subatoomilistest osakestest (nagu kvarkid)..

Klassifikatsioon

Võttes arvesse makroskoopilise vaatluse astet, mis määratleb nähtavad omadused või mõõdetava omaduse, võib keemilisi heterogeenseid süsteeme klassifitseerida järgmistel viisidel:

Küllastunud lahused (vedel-vedel, vedel-tahke, vedelgaas)

Küllastunud lahused on heterogeense keemilise süsteemi tüüp, milles lahustunud aine ei lahustu ja moodustab lahusti omast eraldatud faasi. Sellesse klassifikatsiooni kuulub vee ja suhkru kristallide näide.

Lahusti molekulid jõuavad punkti, kus nad ei suuda lahustuda või solvaatida. Seejärel moodustab tahke või gaasiline täiendav lahustunud aine kiiresti tahke aine või mullide moodustamiseks; st vedel-tahke süsteem või gaasiline vedelik.

Lahustuvaks aineks võib olla ka vedelik, mis seguneb lahustiga kuni teatud kontsentratsioonini; vastasel juhul oleksid nad kõigis kontsentratsioonides segunevad ega moodustaks küllastunud lahust. Segunev on see, et kahe vedeliku segu moodustab ühtse ühtlase faasi.

Teisest küljest, kui vedel lahustunud aine on lahustiga segunematu, nagu see on õli- ja veesegu puhul, siis lahus küllastatakse madalaimal lisatud kogusel. Selle tulemusena moodustuvad kaks faasi: üks vesi ja teine ​​õline.

Lahused sadestunud sooladega

Mõned soolad moodustavad lahustuvuse tasakaalu, sest nende ioonide vahelised koostoimed on väga tugevad ja koonduvad kristallidesse, et vesi ei saa lahutada.

Selline heterogeenne süsteem koosneb ka vedelast faasist ja tahkest; kuid erinevalt küllastunud lahustest on lahustunud sool sool, mis ei vaja sadestamiseks suuri koguseid.

Näiteks segades küllastumata soolade kaks vesilahust, üks NaCl ja teine ​​AgNO3, lahustumatu soola AgCl sadestub. Hõbekloriid moodustab lahustis tasakaalu lahustis, jälgides vesikonteineris valkja tahket ainet.

Seega sõltuvad nende lahuste omadused sõltuvalt moodustunud sade tüübist. Üldiselt on kroomisoolad väga värvilised, samuti mangaan, raud või mõni metallikompleks. See sade võib olla kristalne, amorfne või želatiinne tahke aine.

Faasi üleminekud

Jääblokk võib moodustada homogeense süsteemi, kuid sulatamisel moodustab see vedeliku täiendava faasi. Seetõttu on aine faasiülekanded ka heterogeensed süsteemid.

Lisaks võivad mõned molekulid jääpinnast aurufaasi sattuda. Seda seetõttu, et mitte ainult vedelal veel on aururõhk, vaid ka jää, kuigi vähemal määral.

Faasiülekannete heterogeensed süsteemid kehtivad mis tahes aine suhtes (puhas või ebapuhtne). Seega kuuluvad kõik sellised süsteemid, mis sulavad või aurustuvad vedelikud.

Tahked ained ja gaasid

Keemias on väga levinud heterogeensete süsteemide klassiks mitu komponenti sisaldavad tahked ained või gaasid. Näiteks kuulub pildil olev pizza sellesse klassifikatsiooni. Ja kui juustu, paprika, anšooviste, sinki, sibula jms asemel oleks see väävel, kivisüsi, fosfor ja vask, siis oleks sellel veel üks heterogeenne tahke aine.

Väävel paistab silma selle kollase värvuse tõttu; söe mustaks tahkeks aineks; fosfor on punane; ja läikiv ja metalliline vask. Kõik on tahked, seega koosneb süsteem faasist, kuid sisaldab mitmeid komponente. Igapäevaelus on sellist tüüpi süsteemide näited ettearvamatud.

Ka gaasid võivad moodustada heterogeenseid segusid, eriti kui neil on erinevad värvid või tihedused. Nad võivad lohistada väga väikesed osakesed, nagu juhtub pilvede sees olevate veega. Kui nad kasvavad, neelavad nad nähtavat valgust ja selle tulemusena muutuvad pilved halliks.

Heterogeensete tahkete gaaside süsteemi näide on suits, mis koosneb väga väikestest süsinikuosakestest. Seetõttu on ebatäieliku põlemise suits must.

Fraktsioonimeetodid

Heterogeense süsteemi faase või komponente saab eraldada, kasutades ära nende füüsikaliste või keemiliste omaduste erinevusi. Sel viisil fraktsioneeritakse algne süsteem, kuni jääb ainult homogeensed faasid. Mõned kõige levinumad meetodid on järgmised.

Filtreerimine

Filtreerimist kasutatakse tahke aine või sademe eraldamiseks vedelikust. Seega õnnestub neil kahel faasil eraldada, kuigi teatud lisandite tasemega. Sel põhjusel allutatakse tahke aine tavaliselt pesemisele ja kuivatatakse ahjus. Seda protseduuri saab teha vaakumi või lihtsalt gravitatsiooni abil.

Dekanteerimine

See meetod on samuti kasulik tahke aine eraldamiseks vedelikust. See erineb veidi eelmisest, kuna tahke aine on tavaliselt kindla konsistentsiga ja on täielikult ladustatud mahuti põhjas. Selleks kallutage konteineri suu sobivasse nurka, et vedelik sellest välja voolaks.

Samamoodi võimaldab dekanteerimine eraldada kaks vedelikku, st vedel-vedelikku. Sellisel juhul kasutame eralduslehtrit.

Kahefaasiline segu (kaks segunematut vedelikku) viiakse lehtrisse ja madalama tihedusega vedelik paikneb ülaosas; samal ajal kui suurem osa on alumises osas kokkupuutes väljumisava.

Ülemine pilt kujutab eraldus- või dekanteerimislehtrit. Seda klaasmaterjali kasutatakse ka vedeliku-vedeliku ekstraheerimiseks; see tähendab, et lahustatakse algne vedelik soluuti, lisades veel ühe vedeliku, milles see on veelgi lahustuvam.

Sõelumine

Sõelumist kasutatakse erineva suurusega tahkete osade eraldamiseks. On väga tavaline, et köögis leidub terade puhastamiseks sõel või sõel, puhastatakse nisujahu või eemaldatakse paksade mahlade tahked jäägid. Keemias võib seda kasutada väikeste kristallide eraldamiseks teistest suurematest kristallidest.

Pildistamine

Seda meetodit kasutatakse tahkete tahkete süsteemide puhul, kus üks või mitu komponenti on magnetiga ligitõmbavad. Seega puhastatakse esialgne heterogeenne faas, kui magnet eemaldab ferromagnetilised elemendid. Näiteks kasutatakse magnetiseerimist tina plaadi eraldamiseks prügist.

Tsentrifuugimine

Tsentrifuugimine eraldab suspendeeritud tahke aine vedelikust. Seda ei saa filtreerida, sest osakesed ujuvad ühtlaselt kogu vedeliku mahust. Mõlema faasi eraldamiseks viiakse heterogeense segu kogus tsentrifugaaljõule, mis settib tsentrifuugitoru põhjas tahke aine..

Sublimatsioon

Sublimatsiooni eraldamise meetodit kasutatakse ainult lenduvate tahkete ainete puhul; see tähendab neile, kellel on madal aururõhk madalatel temperatuuridel.

Heterogeense segu kuumutamisel väljub lenduv tahke aine gaasifaasi. Selle rakendamise näiteks on joodi või ammooniumkloriidiga saastunud proovi puhastamine.

Näited

Seni on mainitud mitmeid heterogeensete keemiliste süsteemide näiteid. Nende täiendamiseks on allpool loetletud täiendavad ja muud väljaspool keemilist konteksti:

-Graniit, jõe kivid, mäed või mistahes kivimid, millel on palju värve.

-Mineraalid loetakse ka heterogeenseteks süsteemideks, kuna neid moodustavad mitmed ioonidest koosnevad tahked struktuurid. Selle omadused on kristallilise struktuuri ioonide ja lisandite vahelise koostoime tulemus.

-Karastusjoogid. Neis on vedelik-gaasi tasakaal, mis välise rõhu languse korral väheneb lahustunud gaasi lahustuvuses; sel põhjusel täheldatakse paljude mullide teket (gaasiline soluut), mis tõuseb vedeliku pinnale, kui need on katmata.

-Mis tahes reaktsioonikeskkond, mis hõlmab reaktiive erinevates faasides ja mis vajab ka suuremat reaktsiooni kiirust, mis vajab ka magnetsegurit.

-Heterogeensed katalüsaatorid. Need tahked ained annavad oma pinnale või pooridele kohad, kus reagentide vaheline kontakt kiireneb ja nad ei sekku ega läbi pöördumatut transformatsiooni reaktsioonis.

-Frisada seina, mosaiikseina sein või hoone arhitektuurne disain.

-Mitme maitse mitmekihilised želeed.

-Rubiku kuubik.

Viited

  1. Heterogeensete süsteemide tasakaal. Välja otsitud andmebaasist: science.uwaterloo.ca
  2. Fernández G. (7. november 2010). Homogeensed ja heterogeensed süsteemid. Taastatud: quimicafisica.com
  3. Jill. (7. juuni 2006). Homogeensed ja heterogeensed süsteemid. Välja otsitud andmebaasist: chemistryforstudents.blogspot.com
  4. Loe edasi. (2018). Heterogeense segu näited. Välja otsitud andmebaasist: example.yourdictionary.com
  5. Shiver & Atkins. (2008). Anorgaaniline keemia Rühma 15. elemendid (neljas väljaanne). Mc Grawi mägi.
  6. Wikipedia. (2018). Homogeensus ja heterogeensus. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org
  7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Anorgaaniline keemia Välja otsitud aadressilt books.google.com