Συστήματα ταξινόμησης υλικών, φάσεων και παραδειγμάτων

Το υλικών συστημάτων είναι όλα αυτά που αποτελούνται από την ύλη και που είναι απομονωμένα από το υπόλοιπο σύμπαν που πρέπει να μελετηθεί. Η ύλη είναι παντού, διαμόρφωση και την πραγματική αντίληψη της καθημερινής νόημα της ζωής, αλλά όταν θέλετε να μελετήσει ένα τμήμα της ύλης, τα περιβάλλοντά τους παραμεληθεί και να μιλήσουν για το υλικό του συστήματος.

Είναι πολύ μεταβλητά, καθώς υπάρχουν καθαρά και σύνθετα υλικά, καθώς και διαφορετικές καταστάσεις και φάσεις συσσώρευσης. Πώς να ορίσετε τα όρια ανάμεσα στο υλικό σύστημα και το περιβάλλον του; Όλα εξαρτώνται από τις μεταβλητές που εξετάζονται. Για παράδειγμα, στην παρακάτω εικόνα κάθε γλυκό μάρμαρο θα μπορούσε να είναι το υπό μελέτη σύστημα.

Ωστόσο, εάν κάποιος θέλει να λάβει υπόψη το μεταβλητό χρώμα, τότε είναι απαραίτητο να λάβουμε υπόψη όλα τα μάρμαρα της μηχανής διανομής. Επειδή το μηχάνημα δεν ενδιαφέρει, αυτό είναι το περιβάλλον των μαρμάρων. Έτσι, το υλικό σύστημα του παραδείγματος γίνεται η μάζα των μαρμάρων και των ιδιοτήτων τους (είτε είναι τσίχλες, μέντα κ.λπ.).

Ωστόσο, χημικά τα συστήματα υλικών ορίζονται ως οποιαδήποτε καθαρή ουσία ή μείγμα αυτών, ταξινομημένα σύμφωνα με τις φυσικές τους πλευρές.

Ευρετήριο

• 1 Ταξινόμηση
  • 1.1 Ομοιογενές σύστημα υλικών
  • 1.2 Ετερογενές σύστημα υλικών
• 2 φάσεις
  • 2.1 Διάγραμμα φάσης
• 3 Παραδείγματα
• 4 Αναφορές

Ταξινόμηση

Σύστημα ομοιογενούς υλικού

Το υλικό που μελετάται μπορεί να παρουσιάσει ομοιόμορφη εμφάνιση, κατά την οποία οι ιδιότητές του παραμένουν σταθερές ανεξάρτητα από το δείγμα που αναλύεται. Με άλλα λόγια: αυτό το είδος συστήματος χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη μίας μόνο φάσης ύλης από την πρώτη ματιά.

Ουσία και καθαρές ενώσεις

Αν μια καθαρή ουσία αναλύεται, τότε θα διαπιστώσετε ότι οι φυσικοχημικές ιδιότητες ταιριάζουν σε ίσες αξίες και τα αποτελέσματα, ακόμη και αν ληφθούν πολλά δείγματα (και σε διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές).

Για παράδειγμα, αν συγκρίνονταν ένα δείγμα ασβεστίου με ένα από την Ασία, την Ευρώπη, την Αφρική και την Αμερική, θα είχαν όλες τις ίδιες ιδιότητες. Το ίδιο θα συνέβαινε αν ληφθεί ένα δείγμα καθαρού άνθρακα.

Από την άλλη πλευρά, μια καθαρή ένωση εκδηλώνει επίσης τα παραπάνω. Εάν ήταν εγγυημένο ότι μια μαυροπίνακας είναι κατασκευασμένη από ένα μόνο υλικό, θα ταξινομούσε ως ένα ομοιογενές υλικό σύστημα.

Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει για ένα ορυκτό δείγμα, δεδομένου ότι κατά κανόνα περιέχει προσμίξεις άλλων συναφών ορυκτών, και αυτή η περίπτωση είναι ένα ετερογενές σύστημα υλικού. Επίσης, αυτά τα υλικά συστήματα όπως δέντρα, πέτρες, βουνά ή ποτάμια εμπίπτουν σε αυτή την τελευταία ταξινόμηση.

Διαλυτοποίηση

Το εμπορικό ξίδι είναι ένα υδατικό διάλυμα 5% οξικού οξέος. δηλαδή ότι 5 mL καθαρού οξικού οξέος διαλύονται σε 100 mL νερού. Ωστόσο, η εμφάνισή του είναι ένα διαφανές υγρό, αν και στην πραγματικότητα είναι δύο καθαρές ενώσεις (νερό και οξικό οξύ) σε συνδυασμό.

Ετερογενές σύστημα υλικών

Σε αντίθεση με την ομοιογενή, σε αυτό το είδος του συστήματος, ούτε η εμφάνιση ούτε οι ιδιότητες είναι σταθερές, είναι παράτυπες κατά μήκος της προέκτασής της.

Επιπλέον, μπορεί να υποβληθεί σε τεχνικές φυσικής ή χημικής διαχωρισμού από τις οποίες εξάγονται οι φάσεις, κάθε μία από τις οποίες θεωρείται ως ένα ομοιογενές σύστημα.

Φάσεις

Στην παραπάνω εικόνα, εμφανίζονται οι καταστάσεις της ύλης και οι αλλαγές της. Αυτά συνδέονται στενά με τις φάσεις της ύλης, επειδή, παρότι είναι τα ίδια, παρουσιάζουν κάποιες λεπτές διαφορές.

Έτσι, οι φάσεις ενός υλικού συστήματος είναι το στερεό, το υγρό και το αέριο. Δηλαδή, για ένα συγκεκριμένο υπό ανάλυση θέμα αυτό μπορεί να υιοθετήσει οποιαδήποτε από τις προηγούμενες φάσεις.

Ωστόσο, επειδή οι αλληλεπιδράσεις στα στερεά είναι πολύ ισχυρές και αυτές εξαρτώνται από μεταβλητές όπως η πίεση και η θερμοκρασία, ένα σύστημα μπορεί ή δεν μπορεί να έχει διαφορετικές στερεές φάσεις.

Για παράδειγμα, η ένωση Χ, στερεό σε θερμοκρασία δωματίου, έχει φάση Ι, αλλά όταν η πίεση που πέφτει πάνω του είναι πολύ υψηλή, τα μόρια του αναδιατάσσονται με μεγαλύτερη πυκνότητα και στη συνέχεια γίνεται μια μετάβαση από τη φάση Ι στη στερεή φάση II.

Υπάρχουν ακόμη και άλλες φάσεις, όπως III και IV, που προέρχονται από το II σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Έτσι, το σύστημα ομοιογενούς υλικού του Χ μιας φαινομένης στερεάς φάσης μπορεί να αποκτήσει έως και τέσσερις στερεές φάσεις: Ι, ΙΙ, III και IV.

Στην περίπτωση υγρών και αερίων συστημάτων, γενικά τα μόρια μπορούν να υιοθετήσουν μόνο μία φάση σε αυτές τις καταστάσεις της ύλης. Με άλλα λόγια, μπορεί να μην υπάρχει αέρια φάση Ι και άλλο ΙΙ.

Διάγραμμα φάσης

Πολλά διαγράμματα φάσεων: μερικά για μία μόνο ένωση ή ουσία (όπως η ανωτέρω), και άλλα δυαδικά συστήματα για (μια άλατος σε νερό, για παράδειγμα) ή τριαδικό (τρία συστατικά).

Το πιο απλό από όλα είναι το διάγραμμα φάσης μιας ουσίας. Έτσι, για την υποθετική ουσία Υ η φάση της εκπροσωπείται ως συνάρτηση της πίεσης (άξονας y) και της θερμοκρασίας (άξονας χ).

Σε χαμηλές πιέσεις είναι ένα αέριο, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία του. Ωστόσο, με την αύξηση της πίεσης Y, το αέριο εναποτίθεται σε στερεό Υ.

Ωστόσο, σε θερμοκρασίες πάνω από το κρίσιμο σημείο, το αέριο Υ συμπυκνώνεται στο υγρό Υ και αν επιπλέον η πίεση αυξάνει (ανεβαίνει κατακόρυφα διαμέσου του διαγράμματος), το υγρό στερεοποιείται.

Κάθε γραμμή αντιπροσωπεύει την ισορροπία μεταξύ των δύο φάσεων που χωρίζει: στερεό-αέριο, υγρό-αέριο, στερεό-υγρό, υγρό-στερεό και στερεό-υγρό-αέριο στο τριπλό σημείο.

Επιπρόσθετα, από το κρίσιμο σημείο Υ δεν φαίνεται φυσική διάκριση μεταξύ της φάσης αερίου και της υγρής φάσης: σχηματίζει αυτό που είναι γνωστό ως υπερκρίσιμο υγρό.

Παραδείγματα

- Μια σφαίρα είναι ένα υλικό σύστημα, δεδομένου ότι το περιεχόμενό του είναι αεριώδες και επομένως έχει χημικό χαρακτήρα. Εάν το αέριο είναι λιγότερο πυκνό από τον αέρα, το μπαλόνι θα ανέβει στον ουρανό.

- Το δυαδικό σύστημα νερού-πετρελαίου έχει δύο φάσεις: το ένα για το νερό και το άλλο λογικά για το πετρέλαιο. Το σύνολο των δύο είναι το ετερογενές σύστημα, ενώ τα επιμέρους στρώματα είναι ομοιογενή συστήματα. Αν θελήσατε να εξαγάγετε το λάδι, θα χρειαστεί να κάνετε εκχύλιση υγρού-υγρού με οργανικό και πτητικό διαλύτη.

- Ένα στερεό-στερεό σύστημα μπορεί να αποτελείται από ένα μείγμα λευκής ζάχαρης και καστανής ζάχαρης. Εδώ, η διαφορά στο χρώμα μεταξύ των κρυστάλλων καθιστά την περίπτωση αυτή ένα ετερογενές σύστημα.

- Το θαλασσινό νερό είναι ένα άλλο παράδειγμα ενός ομοιογενούς υλικού. Αποτελείται από τη διάλυση πολλών ιόντων, τα οποία ευθύνονται για τη χαρακτηριστική αλμυρή γεύση τους. Εάν ένα δείγμα θαλάσσιου νερού υποβλήθηκε σε εξάτμιση σε ένα δοχείο, ιζηματογενές σε αυτά τα λευκά άλατα.

Αναφορές

1. Ένα σύστημα και το περιβάλλον του. Ανακτήθηκε στις 27 Μαΐου 2018, από: chem.libretexts.org
2. Αντόνιο ντε Ουλόα. Υλικά συστήματα [PDF] Ανακτήθηκε στις 27 Μαΐου 2018, από: 2.educarchile.cl
3. Daniel J. Berger. (2001). Ανακτήθηκε στις 27 Μαΐου 2018, από: bluffton.edu
4. Το Σύστημα και το Περιβάλλον στη Χημεία. Ανακτήθηκε στις 27 Μαΐου 2018, από: chemteam.info
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (6 Φεβρουαρίου 2018). Ανοικτός ορισμός συστήματος στη χημεία. Ανακτήθηκε στις 27 Μαΐου 2018, από: thoughtco.com
6. Glen Research Center. Φάσεις της ύλης. Ανακτήθηκε στις 27 Μαΐου 2018, από: grc.nasa.gov
7. Alison Η. (15 Σεπτεμβρίου 2006). Εκκίνηση μπαλονιού. Ανακτήθηκε στις 28 Μαΐου 2018, από: flickr.com