EPÄHOMOGEENINEN JÄRJESTELMÄ: OMINAISUUDET JA ESIMERKIT - KEMIA

Epähomogeeninen järjestelmä on sellainen, joka huolimatta sen näennäinen homogeenisuus, sen ominaisuudet voivat vaihdella tietyissä paikoissa avaruudessa. Esimerkiksi ilman koostumus, vaikka se on homogeeninen kaasuseos, muuttuu korkeuden mukaan.

Mutta mikä on järjestelmä? Järjestelmä määritellään yleensä joukkona toisiinsa liittyviä elementtejä, jotka toimivat kokonaisuutena. Voidaan myös lisätä, että sen elementit puuttuvat toisiinsa tietyn toiminnon suorittamiseksi. Tämä koskee ruoansulatuskanavaa, verenkiertoa, hermostoa, hormonitoimintaa, munuaisia ja hengityselimiä.

Lähde: Pixabay

Järjestelmä voi kuitenkin olla jotain niin yksinkertaista kuin lasillinen vettä (yläkuva). Huomaa, että lisättäessä tippaa mustetta se hajoaa väreihinsä ja leviää koko vesimäärään. Tämä on myös esimerkki epähomogeenisesta järjestelmästä.

Kun järjestelmä koostuu tietystä tilasta, jolla ei ole tarkkoja rajoituksia, kuten fyysinen esine, sitä kutsutaan sitten materiaalijärjestelmäksi. Aineella on joukko ominaisuuksia, kuten massa, tilavuus, kemiallinen koostumus, tiheys, väri jne.

Järjestelmän ominaisuudet ja tilat

Aineen fysikaaliset ominaisuudet jaetaan laajoihin ja intensiivisiin ominaisuuksiin.

Laajat ominaisuudet

Ne riippuvat näytteen koosta, esimerkiksi sen massasta ja tilavuudesta.

Intensiiviset ominaisuudet

Ne ovat sellaisia, jotka eivät eroa tarkasteltavan otoksen koosta. Nämä ominaisuudet sisältävät lämpötilan, tiheyden ja pitoisuuden.

Aineiston tilat

Toisaalta, järjestelmä riippuu myös vaiheesta tai tilasta, jossa aine liittyy näihin ominaisuuksiin. Aineella on siis kolme fysikaalista tilaa: kiinteä, kaasu ja nestemäinen.

Materiaalilla voi olla yksi tai useampi fysikaalinen tila; tällainen on nestemäinen vesi, joka on tasapainossa jään kanssa, kiinteä suspensio.

Homogeenisten, heterogeenisten ja epähomogeenisten järjestelmien ominaisuudet

Homogeeninen järjestelmä

Homogeeniselle järjestelmälle on tunnusomaista, että sillä on sama kemiallinen koostumus ja samat intensiiviset ominaisuudet kaikkialla. Siinä on yksi vaihe, joka voi olla kiinteässä tilassa, nestemäisessä tilassa tai kaasumaisessa tilassa.

Esimerkkejä homogeenisesta järjestelmästä ovat: puhdas vesi, alkoholi, teräs ja veteen liuotettu sokeri. Tämä seos muodostaa niin sanotun todellisen ratkaisun, jolle on tunnusomaista, että liuenneen aineen halkaisija on pienempi kuin 10 millimikraa, se on vakaa vakauden suhteen ja ultrakeskeytys.

- Heterogeeninen järjestelmä

Heterogeeninen järjestelmä esittää erilaisia arvoja joillekin intensiivisille ominaisuuksille tarkasteltavan järjestelmän eri kohdissa. Kohteet erotetaan epäjatkuvuuspinnoilla, jotka voivat olla kalvorakenteita tai hiukkasten pintoja.

Savipartikkeleiden karkea dispersio vedessä on esimerkki heterogeenisesta järjestelmästä. Hiukkaset eivät liukene veteen ja pysyvät suspensiona niin kauan kuin järjestelmää sekoitetaan.

Kun sekoitus lakkaa, savihiukkaset laskeutuvat painovoiman vaikutuksesta.

Samoin veri on esimerkki heterogeenisesta järjestelmästä. Se koostuu plasmasta ja ryhmästä soluja, joiden joukossa ovat erytrosyytit, erotettuna plasmasta niiden plasmamembraanien avulla, jotka toimivat epäjatkuvuuspinnoina.

Plasmassa ja punasolujen sisäpuolella on eroja tiettyjen elementtien, kuten natriumin, kaliumin, kloorin, bikarbonaatin, pitoisuuksissa.

-Ehomogeeninen järjestelmä

Sille on tunnusomaista, että järjestelmän eri osissa on eroja joidenkin intensiivisten ominaisuuksien välillä, mutta näitä osia ei erota tarkkaan määritellyillä epäjatkuvuuspinnoilla.

Epäjatkuvuuspinnat

Nämä epäjatkuvuuspinnat voivat olla esimerkiksi plasmakalvoja, jotka erottavat solun sisätilat ympäristöstä, tai kudoksia, jotka linjaavat elimen.

Sanotaan, että epähomogeenisessa järjestelmässä epäjatkuvuuspinnat eivät ole näkyvissä edes ultramikroskopiaa käyttämällä. Epähomogeenisen järjestelmän pisteet erotetaan pohjimmiltaan ilmasta ja vesiliuoksista biologisissa järjestelmissä.

Epähomogeenisen järjestelmän kahden pisteen välillä voi olla esimerkiksi ero jonkin alkuaineen tai yhdisteen konsentraatiossa. Pisteiden välillä voi esiintyä myös lämpötilaeroa.

Energian tai aineen diffuusio

Edellä mainituissa olosuhteissa järjestelmän kahden pisteen välillä tapahtuu passiivinen aineen tai energian (lämmön) virtaus (joka ei vaadi energiankulutusta). Siksi lämpö siirtyy kylmempiin alueisiin ja aine laimeampiin alueisiin. Siten erot pitoisuuksissa ja lämpötilassa vähenevät tämän diffuusion ansiosta.

Diffuusio tapahtuu yksinkertaisella diffuusiomekanismilla. Tässä tapauksessa se riippuu olennaisesti pitoisuusgradientin olemassaolosta kahden pisteen välillä, niitä erottavasta etäisyydestä ja väliaineen ylittämisen helppoudesta pisteiden välillä.

Pitoisuuseron ylläpitämiseksi järjestelmän pisteiden välillä tarvitaan energian tai aineen syöttöä, koska pitoisuudet kaikissa pisteissä olisivat yhtä suuret. Siksi epähomogeenisesta järjestelmästä tulisi homogeeninen järjestelmä.

epävakaisuus

Epähomogeenisen järjestelmän tunnusmerkki on sen epävakaus, joten se vaatii monissa tapauksissa virtalähteen ylläpitämiseen.

Esimerkkejä epähomogeeneistä järjestelmistä

Pisara mustetta tai veden väriainetta

Lisäämällä tippa väriainetta veden pintaan, väriaineen pitoisuus on aluksi korkeampi veden pinnalla.

Siksi väriaineen pitoisuudessa on ero vesilasilasin pinnan ja alla olevien täplien välillä. Lisäksi ei ole epäjatkuvuuden pintaa. Joten lopuksi, tämä on epähomogeeninen järjestelmä.

Sen jälkeen väkevöimisgradientin olemassaolosta johtuen väriaine diffundoituu nesteeseen, kunnes väriaineen konsentraatio on tasaantunut kaikkeen lasin veteen, toistaen homogeeninen järjestelmä.

Veden väreily

Lähde: Pixabay

Kun kivi heitetään lammikon veden pinnalle, tapahtuu häiriö, joka etenee samankeskisten aaltojen muodossa kivin iskukohdasta.

Kivi, kun se iskee useisiin vesipartikkeleihin, siirtää energiaa niihin. Siksi kivillä alun perin kosketuksessa olevien hiukkasten ja muiden pinnalla olevien vesimolekyylien välillä on energinen ero.

Koska tässä tapauksessa ei ole epäjatkuvuuden pintaa, havaittu järjestelmä on epähomogeeninen. Kivin vaikutuksesta syntyvä energia leviää aallon muodossa veden pinnalle ja saavuttaa loput pinnalla olevat vesimolekyylit.

inspiraatio

Hengityksen inspiraatiovaihe tapahtuu hetkeksi seuraavalla tavalla: kun sisäänhengityslihakset, erityisesti pallea, supistuvat, kylkiluu laajenee. Tämä johtaa taipumukseen kasvattaa alveolien tilavuutta.

Alveolaarinen distenttio aiheuttaa laskun intraalvolaarisessa ilmanpaineessa, jolloin se on alle ilmakehän ilmanpaineen. Tämä tuottaa ilmavirtauksen ilmakehästä ilmakanavien kautta alveoleihin.

Sitten inspiraation alussa sieraimien ja alveolien välillä on paine-ero sen lisäksi, että mainittujen anatomisten rakenteiden välillä ei ole epäjatkuvuuspintoja. Siksi nykyinen järjestelmä on epähomogeeninen.

päättyminen

Hengitysvaiheessa tapahtuu päinvastainen ilmiö. Intraalveolaarinen paine nousee ilmanpaineesta korkeammaksi ja ilma virtaa ilmakanavien läpi, alveoleista ilmakehään, kunnes paineet tasautuvat hengityksen lopussa.

Joten heikentymisen alussa on olemassa paine-ero kahden pisteen, keuhkoalveolien ja sieraimien välillä. Lisäksi mainittujen kahden anatomisen rakenteen välillä ei ole epäjatkuvuuspintoja, joten tämä on epähomogeeninen järjestelmä.

Viitteet

Wikipedia. (2018). Materiaalijärjestelmä. Kuvannut: es.wikipedia.org
Martín V. Josa G. (29. helmikuuta 2012). Cordoban kansallinen yliopisto. Palautettu: 2.famaf.unc.edu.ar
Kemian tunnit. (2008). Fysikaalinen kemia. Otettu: clasesdquimica.wordpress.com
Jiménez Vargas, J. ja Macarulla, JM Fisicoquímica Fisiológica. 1984. Kuudes painos. Toimituksellinen Interamericana.
Ganong, WF Katsaus lääketieteelliseen fysiologiaan. 2003 kaksikymmentäyksi painos. McGraw-Hill Companies, inc.

EPÄHOMOGEENINEN JÄRJESTELMÄ: OMINAISUUDET JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026