SISTEM ETEROGEN: CARACTERISTICI, CLASIFICARE ȘI METODE - CHIMIE - 2025

Un sistem eterogen este acea porțiune a universului ocupat de atomi, molecule sau ioni, în așa fel încât să formeze două sau mai multe faze distinguibile. Prin „porțiune din univers” se înțelege că este o picătură, o bilă, reactorul, roci; și pe fază, la o stare sau un mod de agregare, indiferent dacă este solid, lichid sau gazos.

Eterogeneitatea unui sistem variază de la definiția sa de la un câmp de cunoaștere la altul. Cu toate acestea, acest concept împărtășește multe similitudini în cadrul gătitului și chimiei.

Sursa: Pexels

De exemplu, o pizza cu suprafața ei împachetată cu ingrediente, precum cea din imaginea de mai sus, este un sistem eterogen. În mod similar, salata, un amestec de nuci și boabe sau o băutură aromată sunt de asemenea considerate sisteme eterogene.

Rețineți că elementele sale sunt vizibile la prima vedere și pot fi separate manual. Dar maioneza? Sau lapte? La prima vedere sunt omogene, dar microscopic sunt sisteme eterogene; mai precis, sunt emulsii.

În chimie, ingredientele constau din reactivi, particule sau o substanță studiată. Fazele nu sunt altceva decât agregate fizice ale particulelor menționate, care oferă toate calitățile care caracterizează fazele. Astfel, faza lichidă a alcoolului „se comportă” diferit de cea a apei și, cu atât mai mult, de cea a mercurului lichid.

În anumite sisteme, fazele sunt la fel de recunoscute ca o soluție saturată de zahăr, cu cristale pe fundal. Fiecare singur poate fi clasificat ca omogen: deasupra unei faze formate din apă, iar mai jos, o fază solidă compusă din cristale de zahăr.

În cazul sistemului apă-zahăr, nu vorbim despre o reacție, ci despre saturație. În alte sisteme, transformarea materiei este prezentă. Un exemplu simplu este amestecul unui metal alcalin, cum ar fi sodiu și apă; Este exploziv, dar la început, bucata de sodiu metalic este înconjurată de apă.

La fel ca în cazul maionezei, există sisteme eterogene în chimie care trec macroscopic pentru omogenitate, dar sub lumina unui microscop puternic, adevăratele lor faze eterogene strălucesc.

Caracteristicile sistemului eterogen

Care sunt caracteristicile unui sistem chimic eterogen? În termeni generali, acestea pot fi enumerate după cum urmează:

-Sunt compuse din două sau mai multe faze; cu alte cuvinte, nu este uniformă.

-Pot fi format, în general, din oricare dintre următoarele perechi de faze: solid-solid, solid-lichid, solid-gaz, lichid-lichid, lichid-gaz; Mai mult, toate trei pot fi prezente în același sistem de gaz solid-lichid.

-Componentele și fazele sale se disting, în primul rând, cu ochiul liber. Prin urmare, este suficient să observăm sistemul pentru a trage concluzii din caracteristicile sale; cum ar fi culoarea, vâscozitatea, dimensiunea și forma cristalelor, mirosul etc.

-În general, implică un echilibru termodinamic sau o afinitate mare sau mică între particulele dintr-o fază sau între două faze diferite.

-Proprietățile fizico-chimice variază în funcție de regiune sau direcția sistemului. Astfel, valorile, de exemplu, punctul de topire, pot varia de la o regiune a unui solid eterogen la alta. De asemenea (cel mai frecvent caz) culorile sau nuanțele se schimbă pe întregul solid (lichid sau gaz) în comparație.

-Sunt amestecuri de substanțe; adică nu se aplică substanțelor pure.

Gradul de observare

Orice sistem omogen poate fi considerat eterogen dacă sunt modificate scalele sau gradele de observare. De exemplu, o carafă umplută cu apă pură este un sistem omogen, dar pe măsură ce moleculele ei sunt observate, există milioane dintre ele cu propriile lor viteze.

Din punct de vedere molecular, sistemul continuă să fie omogen, deoarece este doar molecule H ₂ O. Dar, prin reducerea suplimentară a scării de observare la nivelurile atomice, apa devine eterogenă, deoarece nu constă dintr-un singur tip de atom, dar hidrogen și oxigen.

Prin urmare, caracteristicile sistemelor chimice eterogene depind de gradul de observare. Dacă luați în considerare scala microscopică, este posibil să întâlniți sisteme cu mai multe fațete.

Un solid A, aparent omogen și de culoare argintie, ar putea consta din mai multe straturi de metale diferite (ABCDAB …) și, prin urmare, să fie eterogen. Prin urmare, A este macroscopic omogen, dar eterogen la nivelurile micro (sau nano).

La fel, aceiași atomi sunt sisteme eterogene, deoarece sunt formate din vid, electroni, protoni, neutroni și alte particule subatomice (cum ar fi quark).

Clasificare

Având în vedere un grad macroscopic de observare, care definește caracteristicile vizibile sau o proprietate măsurabilă, sistemele chimice eterogene pot fi clasificate în următoarele moduri:

Soluții saturate (lichid-lichid, lichid-solid, lichid-gaz)

Soluțiile saturate sunt un tip de sistem eterogen chimic în care solutul nu poate continua să se dizolve și formează o fază separată de cea a solventului. Exemplul de apă și cristale de zahăr se încadrează în această clasificare.

Moleculele de solvent ajung într-un punct în care nu pot acomoda sau solva solutul. Apoi, solutul suplimentar, solid sau gazos, se va regrupa rapid pentru a forma un solid sau bule; adică un sistem solid-lichid sau gaz-lichid.

Solutul poate fi, de asemenea, un lichid, care este miscibil cu solventul până la o anumită concentrație; altfel ar fi miscibili la toate concentrațiile și nu ar forma o soluție saturată. Prin miscibilitate, se înțelege că amestecul celor două lichide formează o singură fază uniformă.

Dacă, pe de altă parte, solutul lichid este nemiscibil cu solventul, cum este cazul amestecului de ulei și apă, cea mai mică cantitate adăugată soluția devine saturată. Drept urmare, se formează două faze: una apoasă și cealaltă uleioasă.

Soluții cu săruri precipitate

Unele săruri stabilesc un echilibru de solubilitate, datorită faptului că interacțiunile dintre ionii lor sunt foarte puternice și se regrupă în cristale pe care apa nu le poate disocia.

Acest tip de sistem eterogen constă, de asemenea, dintr-o fază lichidă și o fază solidă; Dar, spre deosebire de soluțiile saturate, solutul este o sare care nu necesită cantități mari pentru a precipita.

De exemplu, amestecarea a două soluții apoase de săruri nesaturate, una de NaCl și cealaltă de AgNO ₃ , precipită sarea insolubilă AgCl. Clorura de argint stabilește un echilibru de solubilitate în solvent, cu un solid alb alb observat în recipientul apos.

Astfel, caracteristicile acestor soluții depind de tipul de precipitat format. În general, sărurile de crom sunt foarte colorate, precum și cele din mangan, fier sau unele complexe metalice. Acest precipitat poate fi un solid cristalin, amorf sau gelatinos.

Tranziții de fază

Un bloc de gheață poate constitui un sistem omogen, dar atunci când se topește, el formează o fază suplimentară de apă lichidă. Prin urmare, tranzițiile de fază ale unei substanțe sunt de asemenea sisteme eterogene.

În plus, unele molecule pot scăpa de la suprafața gheții în faza de vapori. Acest lucru se datorează faptului că nu numai apa lichidă are presiune de vapori, dar și gheață, deși într-o măsură mai mică.

Sisteme eterogene de tranziții de fază se aplică oricărei substanțe (pure sau impure). Astfel, toate solidele care se topesc sau lichidul care se evaporă aparțin acestui tip de sistem.

Solidele și gazele

O clasă foarte comună de sisteme eterogene în chimie sunt solidele sau gazele cu diverse componente. De exemplu, pizza din imagine se încadrează în această clasificare. Și dacă în loc de brânză, paprika, hamsii, șuncă, ceapă etc., ar avea sulf, cărbune, fosfor și cupru, atunci ar exista un alt solid eterogen.

Sulful se remarcă prin culoarea galbenă; cărbune pentru a fi un solid negru; fosforul este roșu; și lucios, cupru metalic. Toate sunt solide, prin urmare, sistemul este format dintr-o fază, dar cu mai multe componente. În viața de zi cu zi, exemplele acestui tip de sistem sunt incalculabile.

De asemenea, gazele pot forma amestecuri eterogene, mai ales dacă au culori sau densități diferite. Ele pot transporta particule foarte mici, așa cum se întâmplă cu apa din nori. Pe măsură ce cresc în dimensiune, absorb lumina vizibilă și, în consecință, norii devin cenușii.

Un exemplu de sistem eterogen de gaze solide este fumul, care este format din particule de carbon foarte mici. Din acest motiv, fumul produs de o combustie incompletă are o culoare negricioasă.

Metode de fracționare

Fazele sau componentele unui sistem eterogen pot fi separate profitând de diferențele în proprietățile lor fizice sau chimice. În acest fel, sistemul inițial este fracționat până când rămân doar faze omogene. Unele dintre metodele mai comune sunt următoarele.

Filtrare

Filtrarea este utilizată pentru a separa un solid sau a precipita de un lichid. Astfel, cele două faze reușesc să se separe, deși cu un anumit nivel de impuritate. Din acest motiv, solidul este în general spălat și ulterior uscat într-un cuptor. Această procedură se poate face fie prin aplicarea vidului, fie pur și simplu prin gravitație.

Decantare

Această metodă este utilă și pentru separarea unui solid de un lichid. Acesta diferă oarecum de cel precedent, prin faptul că solidul este, în general, solid în concordanță și este depus complet în partea de jos a recipientului. Pentru a face acest lucru, pur și simplu înclinați gura containerului într-un unghi adecvat, astfel încât lichidul să curgă din el.

În mod similar, decantarea permite separarea a două lichide, adică un sistem lichid-lichid. În acest caz, se utilizează o pâlnie de separare.

Amestecul bifazic (două lichide imiscibile) este transferat în pâlnie, iar lichidul cu densitate mai mică va fi localizat în partea superioară; în timp ce cea cu cea mai mare densitate, în partea inferioară, în contact cu deschiderea de ieșire.

Sursa: Pixabay

Imaginea superioară reprezintă o pâlnie de separare sau separare. Această sticlărie este folosită și pentru extracții lichid-lichid; adică să extragem un solut din lichidul inițial adăugând un alt lichid în care acesta este și mai solubil.

cernerea

Sieve este utilizat pentru a separa componente solide de diferite dimensiuni. Este foarte frecvent să găsești o sită sau o sită în bucătărie pentru a curăța boabele, a purifica făina de grâu sau a elimina reziduurile solide din sucurile groase. În chimie, poate fi folosit pentru a separa cristale mici de cele mai mari.

Magnetizare

Această metodă este utilizată pentru sisteme solid-solid în care una sau mai multe dintre componente sunt atrase de un magnet. Astfel, faza eterogenă inițială este purificată, deoarece magnetul îndepărtează elementele feromagnetice. De exemplu, magnetizarea este folosită pentru a separa placa de staniu de gunoi.

centrifugarea

Centrifugarea separă un solid suspendat de un lichid. Nu poate fi filtrată, deoarece particulele înoată ocupând uniform întregul volum al lichidului. Pentru a separa cele două faze, o cantitate de amestec eterogen este supusă unei forțe centrifuge, care sedimentează solidul din partea inferioară a tubului de centrifugă.

sublimare

Metoda de separare a sublimării se aplică numai pentru solidele volatile; adică pentru cei cu presiune mare de vapori la temperaturi scăzute.

La încălzirea amestecului eterogen, solidul volatil scapă în faza gazoasă. Un exemplu de aplicare a acestuia este purificarea unei probe contaminate cu iod sau clorură de amoniu.

Exemple

Până în prezent, au fost menționate mai multe exemple de sisteme chimice eterogene. Pentru a le completa, mai jos sunt enumerate și altele în afara contextului chimic:

-Granitul, pietrele unui râu, munții sau orice rocă cu vene de multe culori.

-Mineralele contează și ca sisteme eterogene, deoarece sunt alcătuite din diverse tipuri de structuri solide formate din ioni. Calitățile sale sunt produsul interacțiunii dintre ionii unei structuri cristaline și impuritățile.

-Băuturile răcoritoare. În ele există un echilibru lichid-gaz, care prin scăderea presiunii externe scade solubilitatea gazului dizolvat; din acest motiv, se observă multe bule (solut gazos) care se ridică la suprafața lichidului atunci când sunt descoperite.

-Un mediu de reacție care implică reactivi în diferite faze și care necesită, de asemenea, un agitator magnetic pentru a garanta o viteză de reacție mai mare.

-Catalizatori eterogeni. Aceste solide furnizează situri pe suprafața lor sau porii unde contactul dintre reactanți este accelerat și nu intervin sau suferă o transformare ireversibilă în reacție.

-Un perete de friză, un zid de mozaic sau designul arhitectural al unei clădiri.

-Gelatine multistratate cu multe arome.

-Un cub al lui Rubik.

Referințe

1. Echilibrul în sisteme eterogene. Recuperat de la: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7 noiembrie 2010). Sisteme omogene și eterogene. Recuperat de la: quimicafisica.com
3. Jill. (7 iunie 2006). Sisteme omogene și eterogene. Recuperat de la: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Exemple de amestec eterogen. Recuperat din: exemple.yourdictionary.com
5. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. În Elementele grupului 15. (ediția a patra). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Omogenitate și eterogenitate. Recuperat de la: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Chimie anorganică. Recuperat de la: books.google.com