EEN heterogeen systeem Het is dat deel van het universum dat wordt ingenomen door atomen, moleculen of ionen, zodanig dat ze twee of meer te onderscheiden fasen vormen. Met "deel van het heelal" wordt bedoeld een druppel, een bal, de reactor, rotsen; en per fase naar een toestand of wijze van aggregatie, hetzij vast, vloeibaar of gasvormig.
De heterogeniteit van een systeem varieert van de definitie van het ene kennisgebied tot het andere. Dit concept deelt echter veel overeenkomsten binnen koken en chemie..
Een pizza met een oppervlak dat vol zit met ingrediënten, zoals die in de afbeelding hierboven, is bijvoorbeeld een heterogeen systeem. Evenzo tellen ook salade, een mix van noten en granen of een koolzuurhoudende drank als heterogene systemen..
Merk op dat de elementen op het eerste gezicht zichtbaar zijn en handmatig kunnen worden gescheiden. Hoe zit het met mayonaise? Of melk? Op het eerste gezicht zijn ze homogeen, maar microscopisch gezien zijn het heterogene systemen; meer specifiek zijn het emulsies.
In de chemie bestaan ingrediënten uit reagentia, deeltjes of een stof die wordt bestudeerd. De fasen zijn niets meer dan fysieke aggregaten van genoemde deeltjes, die alle eigenschappen bieden die de fasen kenmerken. Aldus 'gedraagt' de vloeibare fase van alcohol zich anders dan die van water, en zelfs nog meer dan die van vloeibaar kwik..
In bepaalde systemen zijn de fasen net zo herkenbaar als een verzadigde suikeroplossing, met kristallen aan de onderkant. Elk op zichzelf kan als homogeen worden geclassificeerd: boven een fase gevormd door water en daaronder een vaste fase die is samengesteld uit suikerkristallen..
Bij het watersuikersysteem spreken we niet van een reactie, maar van verzadiging. In andere systemen is de transformatie van materie aanwezig. Een eenvoudig voorbeeld is het mengsel van een alkalimetaal, zoals natrium, en water; Het is explosief, maar aanvankelijk is het stuk metallisch natrium omgeven door water.
Net als bij mayonaise zijn er heterogene systemen binnen de chemie die macroscopisch doorgaan voor homogeen, maar onder het licht van een krachtige microscoop schijnen hun echte heterogene fasen..
Artikel index
Wat zijn de kenmerken van een heterogeen chemisch systeem? In algemene termen kunnen ze als volgt worden weergegeven:
-Ze zijn samengesteld uit twee of meer fasen; met andere woorden, het is niet uniform.
-Het kan in het algemeen bestaan uit een van de volgende fasenparen: vast-vast, vast-vloeibaar, vast-gas, vloeistof-vloeistof, vloeibaar-gas; en bovendien kunnen alle drie aanwezig zijn in hetzelfde vaste stof-vloeistof-gassysteem.
-De componenten en fasen zijn in eerste instantie met het blote oog te onderscheiden. Daarom is het voldoende om het systeem te observeren om conclusies te trekken uit zijn kenmerken; zoals kleur, viscositeit, grootte en vorm van de kristallen, geur, etc..
-Het gaat meestal om een thermodynamisch evenwicht, of een hoge of lage affiniteit tussen de deeltjes binnen één fase of tussen twee verschillende fasen..
-De fysisch-chemische eigenschappen variëren afhankelijk van de regio of richting van het systeem. Zo kunnen de waarden voor bijvoorbeeld het smeltpunt variëren van het ene gebied van een heterogene vaste stof tot het andere. Ook (het meest voorkomende geval) veranderen de kleuren of tonaliteiten door de vaste stof (vloeistof of gas) terwijl ze worden vergeleken..
-Het zijn mengsels van stoffen; dat wil zeggen, het is niet van toepassing op zuivere stoffen.
Elk homogeen systeem kan als heterogeen worden beschouwd als de schalen of graden van waarneming worden gewijzigd. Een karaf gevuld met zuiver water is bijvoorbeeld een homogeen systeem, maar als de moleculen worden waargenomen, zijn er miljoenen met hun eigen snelheden..
Vanuit moleculair oogpunt blijft het systeem homogeen omdat het alleen H-moleculen zijntweeO. Maar door de waarnemingsschaal verder terug te brengen tot atomaire niveaus, wordt water heterogeen, aangezien het niet uit een enkel type atoom bestaat, maar uit waterstof en zuurstof..
Daarom zijn de kenmerken van heterogene chemische systemen afhankelijk van de mate van observatie. Als je kijkt naar de microscopische schaal, kun je merken dat je systemen met meerdere facetten hebt.
Een vaste A, ogenschijnlijk homogeen en zilver van kleur, zou kunnen bestaan uit meerdere lagen van verschillende metalen (ABCDAB…) en daardoor heterogeen zijn. Daarom is A macroscopisch homogeen, maar heterogeen op micro- (of nano-) niveau..
Evenzo zijn dezelfde atomen heterogene systemen, omdat ze zijn gemaakt van vacuüm, elektronen, protonen, neutronen en andere subatomaire deeltjes (zoals quarks).
Rekening houdend met een macroscopische waarnemingsgraad, die de zichtbare kenmerken of een meetbare eigenschap definieert, kunnen heterogene chemische systemen op de volgende manieren worden geclassificeerd:
Verzadigde oplossingen zijn een soort chemisch heterogeen systeem waarin de opgeloste stof niet verder kan oplossen en een fase vormt die gescheiden is van die van het oplosmiddel. Het voorbeeld van water en suikerkristallen valt in deze classificatie.
Oplosmiddelmoleculen bereiken een punt waarop ze de opgeloste stof niet kunnen accommoderen of oplossen. Dan zal de extra opgeloste stof, vast of gasvormig, zich snel hergroeperen om een vaste stof of bellen te vormen; dat wil zeggen een vloeistof-vast of vloeistof-gassysteem.
De opgeloste stof kan ook een vloeistof zijn, die tot een bepaalde concentratie met het oplosmiddel mengbaar is; anders zouden ze bij alle concentraties mengbaar zijn en geen verzadigde oplossing vormen. Men begrijpt als mengbaar is dat het mengsel van de twee vloeistoffen een enkele uniforme fase vormt.
Als daarentegen de vloeibare opgeloste stof niet mengbaar is met het oplosmiddel, zoals het geval is met het olie- en watermengsel, wordt de oplossing verzadigd naarmate er minder wordt toegevoegd. Als resultaat worden twee fasen gevormd: de ene waterig en de andere olieachtig..
Sommige zouten zorgen voor een oplosbaarheidsbalans, omdat de interacties tussen hun ionen erg sterk zijn en ze hergroeperen tot kristallen die water niet kan dissociëren..
Dit type heterogeen systeem bestaat ook uit een vloeibare en een vaste fase; maar in tegenstelling tot verzadigde oplossingen is de opgeloste stof een zout waarvoor geen grote hoeveelheden nodig zijn om neer te slaan.
Bijvoorbeeld bij het mengen van twee waterige oplossingen van onverzadigde zouten, een van NaCl en de andere van AgNO3, het onoplosbare zout AgCl slaat neer. Zilverchloride brengt een oplosbaarheidsevenwicht in het oplosmiddel tot stand, waarbij een witachtige vaste stof wordt waargenomen in de waterige houder..
De eigenschappen van deze oplossingen zijn dus afhankelijk van het type neerslag dat wordt gevormd. Over het algemeen zijn chroomzouten erg kleurrijk, evenals die van mangaan, ijzer of een metaalcomplex. Dit neerslag kan een kristallijne, amorfe of gelatineuze vaste stof zijn..
Een blok ijs kan een homogeen systeem vormen, maar als het smelt, vormt het een extra fase van vloeibaar water. Daarom zijn de faseovergangen van een stof ook heterogene systemen.
Bovendien kunnen sommige moleculen van het ijsoppervlak in de dampfase ontsnappen. Dit komt doordat niet alleen vloeibaar water dampdruk heeft, maar ook ijs, zij het in mindere mate.
Heterogene faseovergangssystemen zijn van toepassing op elke stof (puur of onzuiver). Alle vaste stoffen die smelten of de vloeistof die verdampt, behoren dus tot dit type systeem..
Een veel voorkomende klasse van heterogene systemen in de chemie zijn vaste stoffen of gassen met verschillende componenten. De pizza in de afbeelding valt bijvoorbeeld in deze classificatie. En als het in plaats van kaas, paprika, ansjovis, ham, uien, enz., Zwavel, kool, fosfor en koper zou bevatten, dan zou een andere heterogene vaste stof zijn.
Zwavel valt op door zijn gele kleur; steenkool omdat het een zwarte vaste stof is; fosfor is rood van kleur; en glanzend, metallisch koper. Ze zijn allemaal solide, daarom bestaat het systeem uit een fase maar met verschillende componenten. In het dagelijks leven zijn de voorbeelden van dit type systeem niet te overzien.
Ook kunnen gassen heterogene mengsels vormen, vooral als ze verschillende kleuren of dichtheden hebben. Ze kunnen zeer kleine deeltjes dragen, zoals die van water in de wolken. Naarmate ze groter worden, absorberen ze zichtbaar licht, waardoor de wolken grijsachtig worden..
Een voorbeeld van een heterogeen vast-gassysteem is rook, dat is opgebouwd uit zeer kleine koolstofdeeltjes. Om deze reden is de rook van onvolledige verbranding zwartachtig van kleur..
De fasen of componenten van een heterogeen systeem kunnen worden gescheiden door gebruik te maken van verschillen in hun fysische of chemische eigenschappen. Op deze manier wordt het oorspronkelijke systeem gefractioneerd totdat alleen homogene fasen overblijven. Enkele van de meest voorkomende methoden zijn als volgt.
Filtratie wordt gebruikt om een vaste stof of neerslag van een vloeistof te scheiden. De twee fasen slagen er dus in om te scheiden, hoewel met een bepaald niveau van onzuiverheid. Om deze reden wordt de vaste stof in het algemeen gewassen en vervolgens gedroogd in een oven. Deze procedure kan worden uitgevoerd door een vacuüm toe te passen of eenvoudig door zwaartekracht..
Deze methode is ook handig om een vaste stof van een vloeistof te scheiden. Het verschilt enigszins van de vorige, doordat de vaste stof over het algemeen een stevige consistentie heeft en volledig op de bodem van de container wordt afgezet. Kantel hiervoor eenvoudig de opening van de container in een geschikte hoek zodat de vloeistof eruit stroomt..
Evenzo maakt decanteren het mogelijk dat twee vloeistoffen worden gescheiden, dat wil zeggen een vloeistof-vloeistofsysteem. In dit geval wordt een scheitrechter gebruikt.
Het tweefasige mengsel (twee niet-mengbare vloeistoffen) wordt overgebracht naar de trechter en de vloeistof met lagere dichtheid zal bovenaan worden geplaatst; terwijl degene met de hoogste dichtheid, in het onderste deel, in contact staat met de uitlaatopening.
De bovenste afbeelding stelt een scheidings- of scheitrechter voor. Dit glaswerk wordt ook gebruikt voor vloeistof-vloeistofextracties; dat wil zeggen: extraheer een opgeloste stof uit de oorspronkelijke vloeistof door een andere vloeistof toe te voegen waarin het nog beter oplosbaar is.
Zeven wordt gebruikt om vaste componenten van verschillende afmetingen te scheiden. Het is heel gebruikelijk om in de keuken een zeef of zeef te vinden om de granen schoon te maken, het tarwemeel te zuiveren of vaste resten van dikke sappen te verwijderen. In de chemie kan het worden gebruikt om kleine kristallen van grotere te scheiden.
Deze methode wordt gebruikt voor solid-solid systemen waarbij een of meer van de componenten worden aangetrokken door een magneet. Aldus wordt de aanvankelijke heterogene fase gezuiverd wanneer de magneet de ferromagnetische elementen verwijdert. Magnetisatie wordt bijvoorbeeld gebruikt om blik van afval te scheiden.
Centrifugeren scheidt een zwevende vaste stof van een vloeistof. Het kan niet worden gefilterd omdat de deeltjes gelijkmatig zwemmen en het volledige volume van de vloeistof innemen. Om beide fasen te scheiden wordt een hoeveelheid van het heterogene mengsel onderworpen aan een middelpuntvliedende kracht, die de vaste stof bezinkt op de bodem van de centrifugebuis..
De sublimatiescheidingsmethode wordt alleen toegepast voor vluchtige vaste stoffen; d.w.z. voor mensen met een hoge dampspanning bij lage temperaturen.
Bij verhitting van het heterogene mengsel ontsnapt de vluchtige vaste stof in de gasfase. Een voorbeeld van de toepassing ervan is de zuivering van een monster dat is verontreinigd met jodium of ammoniumchloride..
Tot dusver zijn er verschillende voorbeelden van heterogene chemische systemen genoemd. Om ze aan te vullen, worden hieronder extra vermeld en andere buiten de chemische context:
-Graniet, rivierstenen, bergen of welke rots dan ook met aders in vele kleuren.
-Mineralen tellen ook als heterogene systemen, omdat ze bestaan uit verschillende soorten vaste structuren die uit ionen bestaan. Zijn eigenschappen zijn het product van de interactie tussen de ionen van een kristallijne structuur en onzuiverheden.
-Koolzuurhoudende dranken. In hen is er een vloeistof-gas-evenwicht, dat door verlaging van de externe druk de oplosbaarheid van het opgeloste gas vermindert; om deze reden worden veel bellen (gasvormige opgeloste stof) waargenomen die naar het oppervlak van de vloeistof stijgen wanneer ze niet worden bedekt.
-Elk reactiemedium dat reagentia in verschillende fasen gebruikt en dat ook een magnetische roerder vereist om een hogere reactiesnelheid te garanderen.
-Heterogene katalysatoren. Deze vaste stoffen vormen plaatsen op hun oppervlak of poriën waar het contact tussen de reactanten wordt versneld, en ze grijpen niet in of ondergaan geen onomkeerbare transformatie in de reactie..
-Een omzoomde muur, een mozaïekmuur of het architectonische ontwerp van een gebouw.
-Meerlagige gelatines in vele smaken.
-Een Rubiks kubus.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.