HETEROGEENINEN JÄRJESTELMÄ: OMINAISUUDET, LUOKITTELU JA MENETELMÄT - KEMIA - 2025

Heterogeeninen järjestelmä on se, että osa maailmankaikkeuden käytössä atomien, molekyylien tai ionien kanssa, siten, että ne muodostavat kaksi tai useampia erotettavissa vaiheissa. "Universumin osalla" tarkoitetaan pudotusta, palloa, reaktoria, kiviä; ja vaiheittain aggregaatiotilaan tai -muotoon, olipa se kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen.

Järjestelmän heterogeenisyys vaihtelee määritelmänsä perusteella tietämysalueelta toiselle. Tällä konseptilla on kuitenkin monia samankaltaisuuksia ruoanlaitossa ja kemiassa.

Lähde: Pexels

Esimerkiksi pizza, jonka pinta on täynnä ainesosia, kuten yllä olevassa kuvassa, on heterogeeninen järjestelmä. Samoin salaatti, pähkinöiden ja jyvien sekoitus tai poreileva juoma lasketaan myös heterogeenisiksi järjestelmiksi.

Huomaa, että sen elementit ovat näkyvissä ensi silmäyksellä ja että ne voidaan erottaa manuaalisesti. Entä majoneesi? Tai maitoa? Ensi silmäyksellä ne ovat homogeenisia, mutta mikroskooppisesti ne ovat heterogeenisiä järjestelmiä; tarkemmin sanottuna, ne ovat emulsioita.

Kemiassa ainesosat koostuvat reagensseista, hiukkasista tai tutkittavasta aineesta. Faasit ovat vain mainittujen hiukkasten fysikaalisia aggregaatteja, jotka tarjoavat kaikki faaseille ominaiset ominaisuudet. Siten alkoholin nestemäinen faasi "käyttäytyy" eri tavalla kuin veden ja vieläkin enemmän kuin nestemäisen elohopean faasi.

Tietyissä järjestelmissä faasit ovat yhtä helposti tunnistettavissa kuin tyydyttynyt sokeriliuos, kiteiden taustalla. Jokainen sinänsä voidaan luokitella homogeeniseksi: veden muodostaman faasin yläpuolelle ja sen alapuolella sokerikiteistä koostuvan kiinteän faasin päälle.

Vesi-sokerijärjestelmän tapauksessa emme puhu reaktiosta, vaan kylläisyydestä. Muissa järjestelmissä aineen muutos on läsnä. Yksinkertainen esimerkki on alkalimetallin, kuten natriumin, ja veden seos; Se on räjähtävä, mutta aluksi metallista natriumkappaletta ympäröi vesi.

Kuten majoneesissa, kemiassa on heterogeenisiä järjestelmiä, jotka kulkevat makroskooppisesti homogeeniseksi, mutta tehokkaan mikroskoopin valossa niiden todelliset heterogeeniset vaiheet loistavat.

Heterogeenisen järjestelmän ominaispiirteet

Mitkä ovat heterogeenisen kemiallisen järjestelmän ominaisuudet? Yleisesti ottaen ne voidaan luokitella seuraavasti:

- Ne koostuvat kahdesta tai useammasta vaiheesta; toisin sanoen, se ei ole yhdenmukainen.

- Se voi koostua yleensä mistä tahansa seuraavista faasipareista: kiinteä-kiinteä, kiinteä-nestemäinen, kiinteä-kaasu, nestemäinen-nestemäinen, nestemäinen kaasu; Lisäksi kaikki kolme voivat olla läsnä samassa kiinteä-neste-kaasujärjestelmässä.

- Sen komponentit ja vaiheet ovat erotettavissa ensinnäkin paljaalla silmällä. Siksi riittää järjestelmän tarkkailu, jotta voidaan tehdä johtopäätöksiä sen ominaisuuksista; kuten väri, viskositeetti, kiteiden koko ja muoto, haju jne.

- Siihen sisältyy yleensä termodynaaminen tasapaino tai korkea tai matala affiniteetti vaiheessa olevien hiukkasten tai kahden eri vaiheen välillä.

-Fysikaalis-kemialliset ominaisuudet vaihtelevat järjestelmän alueen tai suunnan mukaan. Siten esimerkiksi sulamispisteen arvot voivat vaihdella heterogeenisen kiinteän aineen alueelta toiselle. Myös (yleisin tapaus) värit tai sävyt muuttuvat koko kiinteässä aineessa (neste tai kaasu) verrattuna.

- Ne ovat aineiden seoksia; eli se ei koske puhtaita aineita.

Havaintoaste

Mitä tahansa homogeenista järjestelmää voidaan pitää heterogeenisenä, jos asteikkoja tai havaintoasteita muutetaan. Esimerkiksi puhtaalla vedellä täytetty karaoke on homogeeninen järjestelmä, mutta koska sen molekyylejä havaitaan, niitä on miljoonia omilla nopeuksilla.

Molekyylin kannalta järjestelmä on edelleen homogeeninen, koska se on vain H ₂ O- molekyylejä, mutta pienentämällä tarkkailuastetta edelleen atomitasoille, vedestä tulee heterogeeninen, koska se ei koostu yhden tyyppisestä atomi, mutta vety ja happi.

Siksi heterogeenisten kemiallisten järjestelmien ominaisuudet riippuvat havaintoasteesta. Jos tarkastellaan mikroskooppista mittakaavaa, saatat kohdata monipuoliset järjestelmät.

Kiinteä A, näennäisesti homogeeninen ja hopeanvärinen, voisi koostua useista kerroksista eri metalleja (ABCDAB…) ja siksi olla heterogeeninen. Siksi A on makroskooppisesti homogeeninen, mutta heterogeeninen mikro- (tai nanotason) tasolla.

Samoin samat atomit ovat heterogeenisiä järjestelmiä, koska ne on valmistettu tyhjöstä, elektronista, protoneista, neutroneista ja muista alaatomisista hiukkasista (kuten kvarkeista).

Luokittelu

Kun otetaan huomioon sitten makroskooppinen havainnointitaso, joka määrittelee näkyvät ominaisuudet tai mitattavissa olevan ominaisuuden, heterogeeniset kemialliset järjestelmät voidaan luokitella seuraavilla tavoilla:

Kyllästetyt liuokset (nestemäinen-neste, nestemäinen-kiinteä, nestemäinen-kaasu)

Tyydyttyneet liuokset ovat eräänlainen kemiallinen heterogeeninen järjestelmä, jossa liuennut aine ei voi jatkaa liukenemista ja muodostaa faasin, joka on erillinen liuottimesta. Esimerkki vesi- ja sokerikiteistä kuuluu tähän luokitukseen.

Liuotinmolekyylit saavuttavat pisteen, johon ne eivät mahdu tai liukene liuotettua ainetta. Sitten ylimääräinen liuennut aine, kiinteä tai kaasumainen, ryhmittyy nopeasti uudelleen kiinteän aineen tai kuplien muodostamiseksi; se on nestemäinen-kiinteä tai nestemäinen-kaasujärjestelmä.

Liuotettu aine voi olla myös neste, joka sekoittuu liuottimen kanssa tiettyyn pitoisuuteen saakka; muuten ne olisivat sekoittuvia kaikissa konsentraatioissa eivätkä muodostaisi tyydyttynyttä liuosta. Sekoittamalla ymmärretään, että kahden nesteen seos muodostaa yhden yhdenmukaisen faasin.

Jos taas nestemäinen liuennut aine ei ole sekoittunut liuottimen kanssa, kuten öljy- ja vesiseoksessa on, vähiten lisätty määrä liuosta kyllästyy. Tuloksena muodostuu kaksi faasia: yksi vesipitoinen ja toinen öljyinen.

Liuos saostuvien suolojen kanssa

Jotkut suolat muodostavat liukoisuuden tasapainon johtuen siitä, että niiden ionien väliset vuorovaikutukset ovat erittäin vahvoja ja ne ryhmittyvät uudelleen kiteiksi, joita vesi ei voi dissosioitua.

Tämän tyyppinen heterogeeninen järjestelmä koostuu myös nestemäisestä faasista ja kiinteästä faasista; Mutta toisin kuin kyllästetyt liuokset, liuennut aine on suola, jonka saostuminen ei vaadi suuria määriä.

Esimerkiksi, sekoittamalla kahta vesiliuoksia tyydyttymättömien suolojen, yksi NaCl: a ja muita AgNO ₃, saostuu liukenematon suola AgCI. Hopeakloridi muodostaa liukoisuuden tasapainon liuottimessa, vesipitoisessa astiassa havaitaan luonnonvalkoista kiinteää ainetta.

Siten näiden liuosten ominaisuudet riippuvat muodostuneen sakan tyypistä. Yleensä kromisuolat ovat hyvin värikkäitä, samoin kuin mangaanin, raudan tai jonkin metallikompleksin. Tämä sakka voi olla kiteinen, amorfinen tai gelatiinimainen kiinteä aine.

Vaihesiirtymät

Jääpala voi muodostaa homogeenisen järjestelmän, mutta kun se sulaa, se muodostaa lisävaiheen nestemäistä vettä. Siksi aineen vaihesiirtymät ovat myös heterogeenisiä järjestelmiä.

Lisäksi jotkut molekyylit voivat poistua jään pinnalta höyryfaasiin. Tämä johtuu tosiasiasta, että paitsi nestemäisessä vedessä on höyrynpaine, mutta myös jäässä, vaikkakin vähäisemmässä määrin.

Vaihesiirtymien heterogeeniset järjestelmät koskevat mitä tahansa ainetta (puhdasta tai epäpuhdasta). Siten kaikki kiinteät aineet, jotka sulavat, tai neste, joka haihtuu, kuuluvat tämän tyyppiseen järjestelmään.

Kiinteät aineet ja kaasut

Kemiassa hyvin yleinen heterogeenisten järjestelmien luokka ovat kiinteät aineet tai kaasut, joissa on erilaisia ​​komponentteja. Esimerkiksi kuvan pizza kuuluu tähän luokitukseen. Ja jos juuston, paprikan, sardellien, kinkun, sipulin jne. Sijasta siinä olisi rikkiä, hiiltä, ​​fosforia ja kuparia, niin olisi toinen heterogeeninen kiinteä aine.

Rikki erottuu keltaisesta väristään; kivihiili mustana kiinteänä aineena; fosfori on punainen; ja kiiltävä, metallinen kupari. Kaikki ovat siis kiinteitä, joten järjestelmä koostuu vaiheesta, mutta useista komponenteista. Arkielämässä esimerkkejä tämän tyyppisistä järjestelmistä ei voida laskea.

Kaasut voivat myös muodostaa heterogeenisiä seoksia, varsinkin jos niiden värit tai tiheydet ovat erilaiset. Ne voivat kantaa hyvin pieniä hiukkasia, kuten tapahtuu veden kanssa pilvien sisällä. Kun ne kasvavat kooltaan, ne absorboivat näkyvää valoa ja pilvet muuttuvat harmaaksi seurauksena.

Esimerkki heterogeenisesta kiinteän kaasun järjestelmästä on savu, joka koostuu erittäin pienistä hiilihiukkasista. Tästä syystä epätäydellisen palamisen savu on väriltään mustanpunaista.

Murtomenetelmät

Heterogeenisen järjestelmän vaiheet tai komponentit voidaan erottaa hyödyntämällä eroja niiden fysikaalisissa tai kemiallisissa ominaisuuksissa. Tällä tavalla alkuperäinen järjestelmä fraktioidaan, kunnes jäljellä on vain homogeenisia faaseja. Jotkut yleisimmistä menetelmistä ovat seuraavat.

suodatus

Suodatuksella erotetaan kiinteä aine tai saostuminen nesteestä. Siten nämä kaksi vaihetta onnistuvat eristymään, vaikkakin tietyllä epäpuhtaustasolla. Tästä syystä kiinteä aine pestään yleensä ja kuivataan sen jälkeen uunissa. Tämä menettely voidaan suorittaa joko käyttämällä tyhjiötä tai yksinkertaisesti painovoiman avulla.

dekantoimalla

Tämä menetelmä on hyödyllinen myös kiinteän aineen erottamiseksi nesteestä. Se eroaa jonkin verran edellisestä siinä, että kiinteä aine on yleensä kiinteää konsistenssia ja on saostunut kokonaan säiliön pohjalle. Tätä varten kallista säiliön suu yksinkertaisesti sopivaan kulmaan niin, että neste virtaa siitä ulos.

Samalla tavoin dekantointi mahdollistaa kahden nesteen erottamisen eli neste-neste-järjestelmän. Tässä tapauksessa käytetään erotussuppiloa.

Kaksifaasinen seos (kaksi sekoittumatonta nestettä) siirretään suppiloon, ja alhaisemman tiheyden omaava neste sijoitetaan yläosaan; kun taas sen tiheys, jonka tiheys on suurin, alaosassa, kosketuksissa poistoaukkoon.

Lähde: Pixabay

Yläkuva edustaa erottavaa tai erottavaa suppiloa. Tätä lasitavaraa käytetään myös neste-neste-uuttoihin; toisin sanoen liuottaa uutta liuosta alkuperäisestä nesteestä lisäämällä toista nestettä, jossa se on vielä liukoisempaa.

seulalaitteiden

Seulomalla erotetaan erikokoiset kiinteät komponentit. On hyvin yleistä löytää seula tai seula keittiön sisältä puhdistamaan jyvät, puhdistamaan vehnäjauhot tai poistamaan kiinteät jäännökset paksuista mehuista. Kemiassa sitä voidaan käyttää erottamaan pienet kiteet suuremmista.

magnetoinnin

Tätä menetelmää käytetään kiinteät ja kiinteät järjestelmät, joissa yksi tai useampi komponentti vetää magneettia. Siten alkuperäinen heterogeeninen faasi puhdistetaan, kun magneetti poistaa ferromagneettiset elementit. Esimerkiksi magnetointia käytetään erottamaan tinalevy roskista.

sentrifugointi

Sentrifugointi erottaa suspendoituneen kiinteän aineen nesteestä. Sitä ei voida suodattaa, koska hiukkaset uivat tasaisesti koko nestetilavuuden. Kahden faasin erottamiseksi määrä heterogeenistä seosta altistetaan keskipakoisvoimalle, joka sakeuttaa kiinteän aineen sentrifugiputken pohjassa.

Sublimaatio

Sublimaation erotusmenetelmää sovelletaan vain haihtuviin kiinteisiin aineisiin; ts. niille, joilla on korkea höyrynpaine alhaisissa lämpötiloissa.

Kuumennettaessa heterogeenistä seosta haihtuva kiinteä aine valuu kaasufaasiin. Esimerkki sen käytöstä on jodilla tai ammoniumkloridilla kontaminoituneen näytteen puhdistaminen.

esimerkit

Toistaiseksi on mainittu useita esimerkkejä heterogeenisistä kemiallisista järjestelmistä. Niiden täydentämiseksi on lueteltu jäljempänä muita ja kemiallisen tilanteen ulkopuolella olevia:

-Graniitti, joen kivet, vuoret tai mikä tahansa kivi, jolla on monivärisiä suoneita.

- Mineraalit lasketaan myös heterogeenisiksi järjestelmiksi, koska ne koostuvat erityyppisistä ioneista koostuvista kiinteistä rakenteista. Sen ominaisuudet ovat tuote kiteisen rakenteen ionien ja epäpuhtauksien välisestä vuorovaikutuksesta.

- Virvoitusjuomat. Niissä on nestemäisen kaasun tasapaino, joka pienentämällä ulkoista painetta vähentää liuenneen kaasun liukoisuutta; tästä syystä havaitaan monia kuplia (kaasumaista liuotettua ainetta) nousevan nesteen pintaan peittämättä.

- Jokainen reaktioväliaine, joka sisältää reagensseja eri vaiheissa, ja joka vaatii myös magneettisekoittimen suuremman reaktionopeuden takaamiseksi.

-Heterogeeniset katalyytit. Nämä kiinteät aineet tarjoavat kohtia niiden pinnalle tai huokosiin, joissa reaktanttien välinen kosketus kiihtyy, ja ne eivät puutu tai reagoivat palautumattomasti reaktioon.

-Friisiseinä, mosaiikkiseinä tai rakennuksen arkkitehtoninen suunnittelu.

- Monikerroksiset monien makujen gelatiinit.

- Rubikin kuutio.

Viitteet

1. Tasapaino heterogeenisissä järjestelmissä. Palautettu osoitteesta: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7. marraskuuta 2010). Homogeeniset ja heterogeeniset järjestelmät. Palautettu osoitteesta: quimicafisica.com
3. Jill. (7. kesäkuuta 2006). Homogeeniset ja heterogeeniset järjestelmät. Palautettu osoitteesta: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Esimerkkejä heterogeenisesta seoksesta. Palautettu osoitteesta: esimerkit.kohteellisuus.com
5. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. Kohdassa Ryhmän 15 elementit (neljäs painos). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogeenisuus ja heterogeenisyys. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Epäorgaaninen kemia. Palautettu osoitteesta books.google.com