Charakterystyczny układ heterogeniczny, klasyfikacja, metody frakcjonowania

A system heterogeniczny jest tą częścią wszechświata zajmowaną przez atomy, cząsteczki lub jony w taki sposób, że tworzą dwie lub więcej rozróżnialnych faz. Jest to rozumiane przez „część wszechświata” jako kroplę, kulę, reaktor, skały; i przez fazę do stanu lub trybu agregacji, stałego, ciekłego lub gazowego.

Niejednorodność systemu różni się od jego definicji z jednej dziedziny wiedzy do drugiej. Jednak ta koncepcja ma wiele podobieństw w zakresie gotowania i chemii.

Na przykład pizza z powierzchnią wypełnioną składnikami, jak ta na powyższym obrazku, jest systemem heterogenicznym. Podobnie sałatka, mieszanka orzechów i płatków zbożowych lub napój z bąbelkami również zaliczają się do systemów heterogenicznych.

Zauważ, że jego elementy są rozróżniane przez prosty wzrok i mogą być rozdzielane ręcznie. A co z majonezem? Czy mleko? Na pierwszy rzut oka są one jednorodne, ale pod mikroskopem są systemami heterogenicznymi; dokładniej są to emulsje.

W chemii składniki składają się z odczynników, cząstek lub badanej substancji. Fazy ​​są tylko fizycznymi agregatami tych cząstek, które zapewniają wszystkie cechy charakteryzujące fazy. Zatem faza ciekła alkoholu „zachowuje się” inaczej niż woda, a nawet więcej niż ciekła rtęć..

W niektórych systemach fazy są tak samo rozpoznawalne jak nasycony roztwór cukru, z kryształami w tle. Każdy z nich może być sklasyfikowany jako jednorodny: u góry faza utworzona przez wodę, a poniżej faza stała złożona z kryształów cukru.

W przypadku układu woda-cukier nie ma mowy o reakcji, ale o nasyceniu. W innych systemach występuje transformacja materii. Prostym przykładem jest mieszanie metalu alkalicznego, takiego jak sód i woda; Jest wybuchowy, ale na początku kawałek metalicznego sodu jest otoczony wodą.

Podobnie jak w przypadku majonezu, w chemii istnieją heterogeniczne układy, które makroskopowo przechodzą przez jednorodne, ale w świetle potężnego mikroskopu pokazują swoje prawdziwe, niejednorodne fazy.

Indeks

• 1 Charakterystyka systemu heterogenicznego
  • 1.1 Stopień obserwacji
• 2 Klasyfikacja
  • 2.1 Roztwory nasycone (ciecz-ciecz, ciecz-ciało stałe, ciecz-gaz)
  • 2.2. Roztwory z wytrąconymi solami
  • 2.3 Przejścia fazowe
  • 2.4 Ciała stałe i gazy
• 3 Metody frakcjonowania
  • 3.1 Filtracja
  • 3.2 Dekantacja
  • 3.3 Screening
  • 3.4 Obrazowanie
  • 3.5 Wirowanie
  • 3.6 Sublimacja
• 4 Przykłady
• 5 referencji

Charakterystyka systemu heterogenicznego

Jakie są cechy heterogenicznego systemu chemicznego? Ogólnie można je wymienić w następujący sposób:

-Składają się z dwóch lub więcej faz; innymi słowy, nie jest jednolity.

-Na ogół może składać się z dowolnej z następujących par faz: ciało stałe-ciało stałe, ciało stałe-ciecz, gaz-ciało stałe, ciecz-ciecz, ciecz-gaz; a ponadto wszystkie trzy mogą być obecne w tym samym układzie ciało stałe-ciecz-gaz.

-Jego składniki i fazy są widoczne na pierwszy rzut oka. Dlatego wystarczy obserwować system, aby wyciągnąć wnioski z jego cech; takie jak kolor, lepkość, rozmiar i kształt kryształów, zapach itp..

-Zazwyczaj wiąże się to z równowagą termodynamiczną lub wysokim lub niskim powinowactwem między cząstkami w fazie lub między dwoma różnymi fazami.

-Właściwości fizykochemiczne różnią się w zależności od regionu lub kierunku systemu. Zatem wartości, na przykład, temperatury topnienia, mogą oscylować od jednego obszaru heterogenicznego ciała stałego do drugiego. Ponadto (najczęściej spotykany przypadek) kolory lub tony zmieniają się w ciele stałym (ciecz lub gaz) w miarę ich porównywania.

-Są to mieszaniny substancji; to znaczy, nie ma zastosowania do czystych substancji.

Stopień obserwacji

Każdy jednorodny system można uznać za heterogeniczny, jeśli skale lub stopnie obserwacji zostaną zmodyfikowane. Na przykład karafka wypełniona czystą wodą jest układem jednorodnym, ale ponieważ jej cząsteczki są obserwowane, istnieją miliony z nich z własnymi prędkościami.

Z molekularnego punktu widzenia system nadal jest jednorodny, ponieważ są to tylko cząsteczki H.₂O. Ale dalej zmniejszając skalę obserwacji do poziomów atomowych, woda staje się niejednorodna, ponieważ nie składa się z pojedynczego typu atomu, ale wodoru i tlenu.

Dlatego charakterystyka niejednorodnych układów chemicznych zależy od stopnia obserwacji. Jeśli wziąć pod uwagę skalę mikroskopową, można znaleźć wielopłaszczyznowe systemy.

Ciało stałe A, najwyraźniej jednorodne i srebrne, może składać się z wielu warstw różnych metali (ABCDAB ...), a zatem być niejednorodne. Dlatego A jest jednorodny makroskopowo, ale niejednorodny na poziomie mikro (lub nano).

Te same atomy są również układami heterogenicznymi, ponieważ składają się z próżni, elektronów, protonów, neutronów i innych cząstek subatomowych (takich jak kwarki).

Klasyfikacja

Biorąc pod uwagę stopień obserwacji makroskopowej, który określa cechy widzialne lub mierzalną właściwość, niejednorodne układy chemiczne można sklasyfikować w następujący sposób:

Roztwory nasycone (ciecz-ciecz, ciecz-ciało stałe, ciecz-gaz)

Roztwory nasycone są rodzajem heterogenicznego układu chemicznego, w którym substancja rozpuszczona nie może dalej rozpuszczać się i tworzy fazę oddzieloną od fazy rozpuszczalnika. Przykład wody i kryształów cukru należy do tej klasyfikacji.

Cząsteczki rozpuszczalnika osiągają punkt, w którym nie są w stanie przyjąć lub solwatować substancji rozpuszczonej. Następnie dodatkowa substancja rozpuszczona, stała lub gazowa, szybko się przegrupuje, tworząc ciało stałe lub pęcherzyki; to znaczy układ ciecz-ciało stałe lub ciecz gazowa.

Substancja rozpuszczona może być również cieczą, która miesza się z rozpuszczalnikiem do pewnego stężenia; w przeciwnym razie byłyby mieszalne we wszystkich stężeniach i nie tworzyłyby nasyconego roztworu. Przez mieszalny sposób rozumie się, że mieszanina dwóch cieczy tworzy pojedynczą jednorodną fazę.

Jeśli natomiast ciekła substancja rozpuszczona nie miesza się z rozpuszczalnikiem, tak jak w przypadku mieszaniny oleju i wody, roztwór jest nasycony przy najniższej dodanej ilości. W rezultacie powstają dwie fazy: jedna wodna i druga oleista.

Roztwory z wytrąconymi solami

Niektóre sole zapewniają równowagę rozpuszczalności, ponieważ oddziaływania między ich jonami są bardzo silne i przegrupowują się w kryształy, których woda nie może oddzielić.

Ten typ heterogenicznego systemu składa się również z fazy ciekłej i fazy stałej; ale w przeciwieństwie do roztworów nasyconych, substancja rozpuszczona jest solą, która nie wymaga dużych ilości do wytrącenia.

Na przykład podczas mieszania dwóch wodnych roztworów nienasyconych soli, jednego z NaCl i drugiego z AgNO₃, wytrąca się nierozpuszczalna sól AgCl. Chlorek srebra zapewnia równowagę rozpuszczalności w rozpuszczalniku, obserwując białawe ciało stałe w wodnym pojemniku.

Zatem właściwości tych roztworów zależą od rodzaju utworzonego osadu. Na ogół sole chromu są bardzo kolorowe, a także manganu, żelaza lub jakiegoś kompleksu metalu. Ten osad może być krystalicznym, bezpostaciowym lub żelatynowym ciałem stałym.

Przejścia fazowe

Blok lodu może tworzyć jednorodny układ, ale po stopieniu tworzy dodatkową fazę ciekłej wody. Dlatego przejścia fazowe substancji są również układami heterogenicznymi.

Ponadto niektóre cząsteczki mogą wydostać się z powierzchni lodu do fazy pary. Dzieje się tak, ponieważ nie tylko płynna woda wykazuje ciśnienie pary, ale także lód, choć w mniejszym stopniu.

Heterogeniczne układy przejść fazowych dotyczą każdej substancji (czystej lub zanieczyszczonej). Zatem wszystkie ciała stałe, które topią się lub ciecz, która wyparowuje, należą do tego typu układu.

Ciała stałe i gazy

Bardzo powszechną klasą systemów heterogenicznych w chemii są ciała stałe lub gazy z kilkoma składnikami. Na przykład pizza na obrazie należy do tej klasyfikacji. A gdyby zamiast sera, papryki, anchois, szynki, cebuli itp. Zawierałby siarkę, węgiel, fosfor i miedź, miałby inną heterogeniczną substancję stałą.

Siarka wyróżnia się żółtym kolorem; węgiel jako czarny osad; fosfor jest czerwony; a błyszcząca i metaliczna miedź. Wszystkie są solidne, dlatego system składa się z fazy, ale z kilkoma elementami. W życiu codziennym przykłady tego typu systemu są nieobliczalne.

Ponadto gazy mogą tworzyć heterogeniczne mieszaniny, zwłaszcza jeśli mają różne kolory lub gęstości. Mogą przeciągać bardzo małe cząstki, jak to ma miejsce w przypadku cząstek wody w chmurach. Wraz ze wzrostem wielkości pochłaniają światło widzialne, w wyniku czego chmury stają się szare.

Przykładem heterogenicznego systemu ciał stałych jest dym, który składa się z bardzo małych cząstek węgla. Z tego powodu dym niekompletnego spalania jest czarniawy.

Metody frakcjonowania

Fazy ​​lub składniki układu heterogenicznego można oddzielić, wykorzystując różnice w ich właściwościach fizycznych lub chemicznych. W ten sposób oryginalny system jest frakcjonowany, aż pozostaną tylko jednorodne fazy. Niektóre z najczęstszych metod są następujące.

Filtracja

Filtrację stosuje się do oddzielenia ciała stałego lub osadu od cieczy. W ten sposób dwie fazy zdołają się rozdzielić, chociaż z pewnym poziomem nieczystości. Z tego powodu ciało stałe poddaje się zwykle myciu, a następnie suszy w piecu. Procedurę tę można wykonać przez zastosowanie próżni lub po prostu grawitacji.

Dekantacja

Ta metoda jest również przydatna do oddzielania ciała stałego od cieczy. Różni się nieco od poprzedniej, ponieważ substancja stała ma zazwyczaj zwartą konsystencję i jest całkowicie osadzona na dnie pojemnika. Aby to zrobić, wystarczy przechylić usta pojemnika pod odpowiednim kątem, aby płyn wypływał z niego.

Podobnie dekantacja umożliwia oddzielenie dwóch cieczy, to znaczy układu ciecz-ciecz. W tym przypadku używamy rozdzielacza.

Dwufazową mieszaninę (dwie niemieszające się ciecze) przenosi się do lejka, a ciecz o mniejszej gęstości będzie znajdować się na górze; podczas gdy większa gęstość w dolnej części styka się z otworem wyjściowym.

Górny obraz przedstawia lejek oddzielający lub dekantujący. Ten materiał szklany jest również używany do przeprowadzania ekstrakcji ciecz-ciecz; to znaczy, wyciągnij substancję rozpuszczoną z początkowej cieczy, dodając kolejną ciecz, w której jest jeszcze bardziej rozpuszczalna.

Screening

Przesiewanie służy do oddzielania stałych składników o różnych rozmiarach. Bardzo często w kuchni znajduje się sito lub sito do czyszczenia ziaren, oczyszczania mąki pszennej lub usuwania stałych pozostałości gęstych soków. W chemii można go użyć do oddzielenia małych kryształów od innych o większej wielkości.

Obrazowanie

Metodę tę stosuje się w układach ciał stałych, w których jeden lub więcej elementów jest przyciąganych przez magnes. Tak więc początkowa heterogeniczna faza jest oczyszczana, gdy magnes usuwa elementy ferromagnetyczne. Na przykład magnetyzacja jest używana do oddzielania blachy ocynowanej od śmieci.

Wirowanie

Wirowanie oddziela zawieszone ciało stałe od cieczy. Nie można go filtrować, ponieważ cząstki pływają równomiernie, zajmując całą objętość cieczy. Aby rozdzielić obie fazy, pewną ilość heterogenicznej mieszaniny poddaje się sile odśrodkowej, która osadza ciało stałe na dnie probówki wirówkowej..

Sublimacja

Metoda separacji sublimacyjnej jest stosowana tylko w przypadku lotnych substancji stałych; to znaczy dla osób o wysokiej prężności pary w niskich temperaturach.

Po ogrzaniu heterogenicznej mieszaniny lotne ciało stałe ucieka do fazy gazowej. Przykładem jego zastosowania jest oczyszczanie próbki zanieczyszczonej jodem lub chlorkiem amonu.

Przykłady

Do tej pory wspomniano o kilku przykładach heterogenicznych systemów chemicznych. Aby je uzupełnić, dodatkowe i inne poza kontekstem chemicznym są wymienione poniżej:

-Granit, kamienie rzeki, góry lub jakakolwiek skała z żyłami o wielu kolorach.

-Minerały zaliczają się również do układów heterogenicznych, ponieważ są one tworzone przez kilka typów stałych struktur złożonych z jonów. Jego właściwości są produktem interakcji między jonami struktury krystalicznej a zanieczyszczeniami.

-Napoje bezalkoholowe. W nich występuje równowaga ciecz-gaz, która gdy ciśnienie zewnętrzne spada, rozpuszczalność rozpuszczonego gazu zmniejsza się; z tego powodu obserwuje się wiele pęcherzyków (gazowa substancja rozpuszczona) wznoszących się na powierzchnię cieczy, gdy są odkryte.

-Dowolne medium reakcyjne, które obejmuje odczynniki w różnych fazach i które również wymagają mieszadła magnetycznego, aby zagwarantować wyższą szybkość reakcji.

-Katalizatory heterogeniczne. Te ciała stałe dostarczają miejsca na ich powierzchni lub porach, gdzie przyspiesza się kontakt między odczynnikami, i nie interweniują ani nie ulegają nieodwracalnej transformacji w reakcji.

-Ściana frisada, ściana mozaik lub projekt architektoniczny budynku.

-Galaretki wielowarstwowe o wielu smakach.

-Kostka Rubika.

Referencje

1. Równowaga w systemach heterogenicznych. Źródło: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7 listopada 2010 r.). Systemy jednorodne i niejednorodne. Odzyskany z: quimicafisica.com
3. Jill. (7 czerwca 2006 r.). Systemy jednorodne i heterogeniczne. Źródło: chemistryforstudents.blogspot.com
4. Zakład Logiki Stosowanej. (2018). Przykłady mieszaniny heterogenicznej. Źródło z: examples.yourdictionary.com
5. Shiver i Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna W Elementy grupy 15. (czwarte wydanie). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Jednorodność i niejednorodność. Źródło: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Chemia nieorganiczna Źródło: books.google.com