Charakteristický heterogénny systém, klasifikácia, frakcionačné metódy

heterogénny systém je tá časť vesmíru, ktorú zaberajú atómy, molekuly alebo ióny takým spôsobom, že tvoria dve alebo viac rozlíšiteľných fáz. Pod pojmom "časť vesmíru" sa rozumie kvapka, guľa, reaktor, skaly; a fázovo do stavu alebo spôsobu agregácie, či už tuhé, kvapalné alebo plynné.

Heterogénnosť systému sa líši od definície z jednej oblasti vedomostí do druhej. Tento koncept však v rámci varenia a chémie spája mnoho podobností.

Napríklad pizza s povrchom napchatým prísadami, ako je to na obrázku vyššie, je heterogénnym systémom. Podobne, šalát, zmes orechov a obilnín, alebo bublinkový nápoj, sa tiež považujú za heterogénne systémy.

Všimnite si, že jeho prvky sa vyznačujú jednoduchým zrakom a dajú sa oddeliť manuálne. A čo majonéza? Alebo mlieko? Na prvý pohľad sú homogénne, ale mikroskopicky sú to heterogénne systémy; konkrétnejšie sú to emulzie.

V chémii sa zložky skladajú z činidiel, častíc alebo študovanej látky. Fázy sú len fyzikálne agregáty týchto častíc, ktoré poskytujú všetky vlastnosti, ktoré charakterizujú fázy. Teda, kvapalná fáza alkoholu "sa chová" odlišne od vody, a ešte viac ako kvapalná ortuť..

V určitých systémoch sú fázy rozpoznateľné ako nasýtený cukrový roztok s kryštálmi v pozadí. Každý z nich sám o sebe môže byť klasifikovaný ako homogénny: v hornej časti je fáza tvorená vodou a pod ňou tuhá fáza zložená z kryštálov cukru.

V prípade systému voda-cukor sa nehovorí o reakcii, ale o saturácii. V iných systémoch je prítomná transformácia hmoty. Jednoduchým príkladom je miešanie alkalického kovu, ako je sodík a voda; Je výbušný, ale na začiatku je kovový sodík obklopený vodou.

Ako v prípade majonézy, aj v rámci chémie existujú heterogénne systémy, ktoré makroskopicky prechádzajú homogénne, ale vo svetle silného mikroskopu vykazujú svoje skutočné heterogénne fázy..

index

• 1 Charakteristiky heterogénneho systému
  • 1.1 Stupeň pozorovania
• 2 Klasifikácia
  • 2.1 Nasýtené roztoky (kvapalina-kvapalina, kvapalina-tuhá látka, kvapalina-plyn)
  • 2.2 Roztoky s vyzrážanými soľami
  • 2.3 Fázové prechody
  • 2.4 Pevné látky a plyny
• 3 Metódy frakcionácie
  • 3.1 Filtrácia
  • 3.2 Dekantácia
  • 3.3 Skríning
  • 3.4 Zobrazovanie
  • 3.5 Odstredenie
  • 3.6 Sublimácia
• 4 Príklady
• 5 Referencie

Charakteristiky heterogénneho systému

Aké sú vlastnosti heterogénneho chemického systému? Vo všeobecnosti môžu byť uvedené nasledovne:

-Skladajú sa z dvoch alebo viacerých fáz; inými slovami, nie je jednotná.

-Vo všeobecnosti môže pozostávať z niektorého z nasledujúcich párov fáz: tuhá látka, tuhá kvapalina, tuhý plyn, kvapalina-kvapalina, kvapalný plyn; a navyše všetky tri môžu byť prítomné v rovnakom systéme kvapalina-plyn.

-Jeho komponenty a fázy sú na prvý pohľad rozlíšiteľné. Preto stačí pozorovať systém, aby vyvodil závery z jeho vlastností; ako je farba, viskozita, veľkosť a tvar kryštálov, zápach atď..

-Zvyčajne zahŕňa termodynamickú rovnováhu alebo vysokú alebo nízku afinitu medzi časticami vo fáze alebo medzi dvoma rôznymi fázami..

-Fyzikálno-chemické vlastnosti sa líšia podľa oblasti alebo smeru systému. Hodnoty pre napríklad teplotu topenia môžu kmitať z jednej oblasti heterogénnej pevnej látky do druhej. Tiež (najbežnejší prípad) farby alebo tóny sa menia v celej pevnej látke (kvapalina alebo plyn), keď sa porovnávajú.

-Sú to zmesi látok; to znamená, že sa nevzťahuje na čisté látky.

Stupeň pozorovania

Akýkoľvek homogénny systém sa môže považovať za heterogénny, ak sa modifikujú škály alebo stupne pozorovania. Napríklad karafa naplnená čistou vodou je homogénny systém, ale keď sú jeho molekuly pozorované, sú ich milióny s vlastnými rýchlosťami..

Z molekulárneho hľadiska je systém stále homogénny, pretože ide len o molekuly H.₂O. Ale čím ďalej klesá rozsah pozorovania na atómové úrovne, voda sa stáva heterogénnou, pretože nespočíva v jedinom type atómu, ale v vodíku a kyslíku..

Preto charakteristiky heterogénnych chemických systémov závisia od stupňa pozorovania. Ak uvažujete o mikroskopickom meradle, môžete nájsť mnohostranné systémy.

Tuhá látka A, zjavne homogénna a strieborná, by mohla pozostávať z viacerých vrstiev rôznych kovov (ABCDAB ...), a preto by mohla byť heterogénna. Preto je A homogénna makroskopicky, ale heterogénna na mikro (alebo nano) hladinách.

Rovnaké atómy sú tiež heterogénne systémy, pretože sú vyrobené z vákua, elektrónov, protónov, neutrónov a iných subatomárnych častíc (ako sú kvarky)..

klasifikácia

Vzhľadom na stupeň makroskopického pozorovania, ktorý definuje viditeľné charakteristiky alebo merateľnú vlastnosť, je možné chemické heterogénne systémy klasifikovať nasledujúcimi spôsobmi:

Nasýtené roztoky (kvapalina-kvapalina, kvapalina-tuhá látka, kvapalina-plyn)

Nasýtené roztoky sú typom heterogénneho chemického systému, v ktorom sa solut nemôže ďalej rozpúšťať a tvorí fázu oddelenú od fázy rozpúšťadla. Do tejto klasifikácie patrí príklad kryštálov vody a cukru.

Molekuly rozpúšťadla dosahujú bod, kde nemôžu rozpustiť alebo rozpustiť rozpustenú látku. Potom sa ďalšia solut, či už pevná alebo plynná, rýchlo preskupí za vzniku pevnej látky alebo bublín; to znamená systém kvapalina-tuhá látka alebo plynná kvapalina.

Solut môže byť tiež kvapalina, ktorá je miešateľná s rozpúšťadlom až do určitej koncentrácie; inak by boli miešateľné vo všetkých koncentráciách a netvorili by nasýtený roztok. Rozumie sa, že zmes dvoch kvapalín tvorí jedinú jednotnú fázu.

Na druhej strane, ak je kvapalná rozpustená látka nemiešateľná s rozpúšťadlom, ako je to v prípade zmesi oleja a vody, roztok je nasýtený pri najnižšom pridanom množstve. Výsledkom sú dve fázy: jedna vodná a druhá olejová.

Roztoky s vyzrážanými soľami

Niektoré soli vytvárajú rovnováhu rozpustnosti, pretože interakcie medzi ich iónmi sú veľmi silné a preskupujú sa do kryštálov, ktoré voda nemôže disociovať.

Tento typ heterogénneho systému tiež pozostáva z kvapalnej fázy a pevnej fázy; ale na rozdiel od nasýtených roztokov je solutom soľ, ktorá nevyžaduje veľké množstvá na vyzrážanie.

Napríklad, keď sa zmiešajú dva vodné roztoky nenasýtených solí, jeden z NaCl a druhý z AgNO₃, nerozpustná soľ AgCl sa vyzráža. Chlorid strieborný vytvára rovnováhu rozpustnosti v rozpúšťadle, pričom sa pozoruje belavá pevná látka vo vodnom zásobníku.

Vlastnosti týchto roztokov teda závisia od typu vytvorenej zrazeniny. Vo všeobecnosti sú soli chrómu veľmi farebné, rovnako ako mangán, železo alebo nejaký kovový komplex. Táto zrazenina môže byť kryštalická, amorfná alebo želatínová pevná látka.

Fázové prechody

Blok ľadu môže tvoriť homogénny systém, ale keď sa roztaví, vytvorí ďalšiu fázu kvapalnej vody. Fázové prechody látky sú teda tiež heterogénne systémy.

Okrem toho môžu niektoré molekuly uniknúť z povrchu ľadu do plynnej fázy. Je to preto, že nielen kvapalná voda predstavuje tlak pár, ale aj ľad, hoci v menšom rozsahu.

Heterogénne systémy fázových prechodov platia pre akúkoľvek látku (čistú alebo nečistú). Do tohto typu systému teda patria všetky tuhé látky, ktoré sa topia, alebo kvapalina, ktorá sa odparuje.

Pevné látky a plyny

Veľmi bežnou triedou heterogénnych systémov v chémii sú tuhé látky alebo plyny s niekoľkými zložkami. Napríklad pizza v obraze spadá do tejto klasifikácie. Ak by namiesto syra, papriky, ančovičiek, šunky, cibule atď. Obsahovala síru, uhlie, fosfor a meď, potom by mala inú heterogénnu pevnú látku..

Síra vyniká svojou žltou farbou; uhlie ako čierna pevná látka; fosfor je červený; a lesklej a kovovej medi. Všetky sú tuhé, preto systém pozostáva z fázy, ale s niekoľkými zložkami. V každodennom živote sú príklady tohto typu systému nevyčísliteľné.

Plyny môžu tiež tvoriť heterogénne zmesi, najmä ak majú rozdielne farby alebo hustoty. Môžu ťahať veľmi malé častice, ako sa to deje s časticami vody v oblakoch. Ako rastú vo veľkosti, absorbujú viditeľné svetlo av dôsledku toho sa mraky zatemňujú.

Príkladom heterogénneho systému tuhého plynu je dym, ktorý sa skladá z veľmi malých častíc uhlíka. Z tohto dôvodu je dym neúplného spaľovania načernalý.

Metódy frakcionácie

Fázy alebo zložky heterogénneho systému môžu byť oddelené s využitím rozdielov v ich fyzikálnych alebo chemických vlastnostiach. Týmto spôsobom sa pôvodný systém rozdelí, až kým nezostanú len homogénne fázy. Niektoré z najbežnejších metód sú tie, ktoré nasledujú.

filtrácia

Filtrácia sa používa na oddelenie pevnej látky alebo zrazeniny z kvapaliny. Obidve fázy sa teda oddeľujú, aj keď s určitou úrovňou nečistôt. Z tohto dôvodu sa tuhá látka všeobecne podrobí premytiu a potom sa suší v sušiarni. Tento postup sa môže vykonať použitím vákua alebo jednoducho gravitáciou.

stáčanie

Tento spôsob je tiež užitočný na oddelenie pevnej látky od kvapaliny. Trochu sa líši od predchádzajúceho, pretože tuhá látka má zvyčajne pevnú konzistenciu a je úplne uložená na dne nádoby. Na tento účel jednoducho nakloňte ústa nádoby v príslušnom uhle tak, aby z nej tekutina vytekala.

Podobne dekantácia umožňuje oddelenie dvoch kvapalín, to znamená systému kvapalina-kvapalina. V tomto prípade používame oddeľovací lievik.

Dvojfázová zmes (dve nemiešateľné kvapaliny) sa prenesie do lievika a kvapalina s nižšou hustotou sa umiestni hore; zatiaľ čo vyššia hustota v spodnej časti je v kontakte s výstupným otvorom.

Horný obrázok predstavuje oddeľovací alebo dekantačný lievik. Tento sklenený materiál sa tiež používa na uskutočňovanie extrakcií kvapalina-kvapalina; to znamená extrahovať rozpustenú látku z počiatočnej kvapaliny pridaním ďalšej kvapaliny, v ktorej je ešte rozpustnejšia.

preosievanie

Preosievanie sa používa na oddelenie pevných zložiek rôznych veľkostí. Je veľmi bežné nájsť v kuchyni sito alebo sito na čistenie zŕn, prečistenie pšeničnej múky alebo odstránenie tuhých zvyškov hrubých štiav. V chémii sa môže použiť na oddelenie malých kryštálov od iných väčších veľkostí.

magnetizácie

Táto metóda sa používa pre systémy tuhých látok, kde jedna alebo viac zložiek je priťahovaná magnetom. Takže počiatočná heterogénna fáza sa čistí, keď magnet odstraňuje feromagnetické prvky. Napríklad magnetizácia sa používa na oddelenie pocínovaného plechu od odpadu.

odstreďovanie

Odstredenie oddelí suspendovanú pevnú látku od kvapaliny. Nemôže byť filtrovaný, pretože častice plávajú rovnomerne a zaberajú celý objem kvapaliny. Na oddelenie oboch fáz sa množstvo heterogénnej zmesi podrobí odstredivej sile, ktorá usadí tuhú látku na dne centrifugačnej skúmavky..

sublimácie

Sublimačná separačná metóda sa používa len pre prchavé tuhé látky; to znamená pre tých, ktorí majú vysoký tlak pár pri nízkych teplotách.

Po zahriatí heterogénnej zmesi uniká prchavá pevná látka do plynnej fázy. Príkladom jeho použitia je čistenie vzorky kontaminovanej jódom alebo chloridom amónnym.

Príklady

Doteraz bolo uvedených niekoľko príkladov heterogénnych chemických systémov. Na ich doplnenie sú uvedené ďalšie a iné oblasti mimo chemického kontextu:

-Žula, kamene rieky, hory alebo skaly so žilami mnohých farieb.

-Minerály sa tiež považujú za heterogénne systémy, pretože sú tvorené niekoľkými typmi pevných štruktúr zložených z iónov. Jeho vlastnosti sú výsledkom interakcie medzi iónmi kryštalickej štruktúry a nečistotami.

-Nealkoholické nápoje. V nich je rovnováha kvapalina-plyn, ktorá pri poklese vonkajšieho tlaku znižuje rozpustnosť rozpusteného plynu; Z tohto dôvodu sa pozoruje mnoho bublín (plynná solut), ktoré stúpajú na povrch kvapaliny, keď sú odkryté.

-Akékoľvek reakčné médium, ktoré zahŕňa reagencie v rôznych fázach a ktoré tiež potrebujú magnetické miešadlo, aby sa zaručila vyššia reakčná rýchlosť.

-Heterogénne katalyzátory. Tieto pevné látky poskytujú miesta na svojom povrchu alebo póry, kde je kontakt medzi činidlami zrýchlený, a nezasahujú alebo neprechádzajú nezvratnou transformáciou v reakcii..

-Frisada múr, stena mozaiky, alebo architektonické riešenie budovy.

-Viacvrstvové želé mnohých príchutí.

-Rubikova kocka.

referencie

1. Rovnováha v heterogénnych systémoch. Zdroj: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7. novembra 2010). Homogénne a heterogénne systémy. Obnovené z: quimicafisica.com
3. Jill. (7. júna 2006). Homogénne a heterogénne systémy. Zdroj: chemistryforstudents.blogspot.com
4. Navajo otvorená encyklopédia. (2018). Príklady heterogénnej zmesi. Zdroj: example.yourdictionary.com
5. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chémia V Prvky skupiny 15. (štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogenita a heterogenita. Zdroj: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Anorganická chémia Zdroj: books.google.com