Karakteristiek heterogeen systeem, classificatie, fractioneringsmethoden

een heterogeen systeem is dat deel van het universum bezet door atomen, moleculen of ionen, op zo'n manier dat ze twee of meer te onderscheiden fasen vormen. Het wordt verstaan ​​onder "deel van het universum" voor een druppel, een bal, de reactor, stenen; en door fase, naar een toestand of geaggregeerde modus, 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 in koken en scheikunde.

Een pizza met zijn oppervlak vol ingrediënten, zoals die in de bovenstaande afbeelding, is bijvoorbeeld een heterogeen systeem. Op dezelfde manier tellen de salade, een mengsel van noten en granen, of een bruisende drank ook als heterogene systemen.

Merk op dat de elementen worden onderscheiden door eenvoudig zicht en handmatig kunnen worden gescheiden. Hoe zit het met mayonaise? Of de melk? Op het eerste gezicht zijn ze homogeen, maar microscopisch gezien zijn het heterogene systemen; meer in het bijzonder zijn het emulsies.

In de chemie bestaan ​​de ingrediënten uit reagentia, deeltjes of een substantie die wordt bestudeerd. De fasen zijn alleen fysieke aggregaten van deze deeltjes, die alle kwaliteiten bieden die kenmerkend zijn voor de fasen. Zo 'gedraagt' de vloeibare fase van alcohol zich anders dan die van water, en zelfs meer, die van vloeibaar kwik..

In bepaalde systemen zijn de fasen zo herkenbaar als een verzadigde suikeroplossing, met kristallen op de achtergrond. Elk afzonderlijk kan als homogeen worden geclassificeerd: bovenaan een fase gevormd door water en daaronder een vaste fase bestaande uit suikerkristallen.

In het geval van het watersuikersysteem is er geen sprake van reactie, maar van verzadiging. In andere systemen is de transformatie van materie aanwezig. Een eenvoudig voorbeeld is het mengen van een alkalimetaal, zoals natrium en water; Het is explosief, maar in het begin is het stuk metallisch natrium omgeven door water.

Net als met mayonaise, zijn er heterogene systemen binnen de chemie die macroscopisch homogeen passeren, maar in het licht van een krachtige microscoop laten ze hun ware heterogene fasen zien..

index

• 1 Kenmerken van het heterogene systeem
  • 1.1 waarnemingsgraad
• 2 Classificatie
  • 2.1 Verzadigde oplossingen (vloeistof-vloeistof, vloeistof-vaste stof, vloeibaar gas)
  • 2.2 Oplossingen met geprecipiteerde zouten
  • 2.3 Fase-overgangen
  • 2.4 Vaste stoffen en gassen
• 3 Fractioneringsmethoden
  • 3.1 Filtratie
  • 3.2 Decantatie
  • 3.3 Screening
  • 3.4 Beeldvorming
  • 3.5 Centrifugatie
  • 3.6 Sublimatie
• 4 voorbeelden
• 5 Referenties

Kenmerken van het heterogene systeem

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 paren fasen: vaste stof, vaste stof, vaste stof, vloeistof-vloeistof, vloeistof-gas; en bovendien kunnen alle drie aanwezig zijn in hetzelfde systeem met vaste stof-vloeistof-gassen.

-De componenten en fasen zijn te onderscheiden, in eerste instantie, in één oogopslag. 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 in een fase of tussen twee verschillende fasen.

-De fysisch-chemische eigenschappen variëren afhankelijk van de regio of richting van het systeem. Aldus kunnen waarden voor bijvoorbeeld het smeltpunt oscilleren van het ene gebied van een heterogene vaste stof naar het andere. Ook veranderen (de meest voorkomende gevallen) kleuren of tonen in de vaste stof (vloeistof of gas) wanneer ze worden vergeleken.

-Het zijn mengsels van stoffen; dat wil zeggen, het is niet van toepassing op zuivere stoffen.

Waarnemingsgraad

Elk homogeen systeem kan als heterogeen worden beschouwd als de schalen of waarnemingsgraden 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 zijn.₂O. Maar door de schaal van waarneming verder te verlagen tot atomaire niveaus, wordt het water heterogeen, omdat het niet uit één type atoom bestaat, maar uit waterstof en zuurstof.

Daarom zijn de kenmerken van heterogene chemische systemen afhankelijk van de mate van waarneming. Als je kijkt naar de microscopische schaal, kun je veelzijdige systemen vinden.

Een vast A, schijnbaar homogeen en zilverkleurig, zou uit meerdere lagen van verschillende metalen (ABCDAB ...) kunnen bestaan ​​en daarom heterogeen zijn. Daarom is A macroscopisch homogeen, maar heterogeen op micro- (of nano) niveaus.

Ook zijn dezelfde atomen heterogene systemen, omdat ze zijn gemaakt van vacuüm, elektronen, protonen, neutronen en andere subatomaire deeltjes (zoals quarks).

classificatie

Rekening houdend met een zekere mate van macroscopische waarneming, die de zichtbare kenmerken of een meetbare eigenschap definieert, kunnen de chemische heterogene systemen op de volgende manieren worden geclassificeerd:

Verzadigde oplossingen (vloeistof-vloeistof, vloeistof-vaste stof, vloeibaar gas)

Verzadigde oplossingen zijn een soort heterogeen chemisch systeem waarin de opgeloste stof niet kan blijven oplossen en een afzonderlijke fase vormt van die van het oplosmiddel. Het voorbeeld van water en suikerkristallen valt in deze classificatie.

De oplosmiddelmoleculen bereiken een punt waar ze de opgeloste stof niet kunnen bevatten of solvateren. Vervolgens zal de extra opgeloste stof, hetzij vast hetzij gasvormig, snel hergroeperen om een ​​vaste stof of bellen te vormen; dat wil zeggen, een vloeistof-vast systeem of gasvormige vloeistof.

De opgeloste stof kan ook een vloeistof zijn, die mengbaar is met het oplosmiddel tot een bepaalde concentratie; anders zouden ze in alle concentraties mengbaar zijn en geen verzadigde oplossing vormen. Men begrijpt met mengbaar dat het mengsel van de twee vloeistoffen een enkele uniforme fase vormt.

Als, aan de andere kant, de vloeibare opgeloste stof niet mengbaar is met het oplosmiddel, zoals het geval is met het olie- en watermengsel, is de oplossing verzadigd bij de laagst toegevoegde hoeveelheid. Als een resultaat worden twee fasen gevormd: de ene waterige en de andere olieachtige.

Oplossingen met geprecipiteerde zouten

Sommige zouten vormen een balans van oplosbaarheid, omdat de interacties tussen hun ionen erg sterk zijn en zich hergroeperen in kristallen die het water niet kan dissociëren.

Dit type heterogeen systeem bestaat ook uit een vloeibare fase en een vaste fase; maar, in tegenstelling tot verzadigde oplossingen, is de opgeloste stof een zout dat geen grote hoeveelheden nodig heeft om te precipiteren.

Bijvoorbeeld bij het mengen van twee waterige oplossingen van onverzadigde zouten, één van NaCl en de andere van AgNO₃, het onoplosbare zout AgCl precipiteert. Het zilverchloride zorgt voor een oplosbaarheidsbalans in het oplosmiddel, waarbij een witachtige vaste stof in de waterige houder wordt waargenomen.

De kenmerken van deze oplossingen hangen dus af van het type gevormde neerslag. In het algemeen zijn chroomzouten zeer kleurrijk, evenals mangaan, ijzer of een metaalcomplex. Dit precipitaat kan een kristallijne, amorfe of gelachtige vaste stof zijn.

Fase-overgangen

Een ijsblok kan een homogeen systeem vormen, maar vormt na het smelten een extra fase van vloeibaar water. Daarom zijn de faseovergangen van een stof ook heterogene systemen.

Bovendien kunnen sommige moleculen ontsnappen van het ijsoppervlak naar de dampfase. Dit komt omdat niet alleen vloeibaar water dampdruk presenteert, maar ook ijs, hoewel in mindere mate.

De heterogene systemen van faseovergangen zijn van toepassing op elke stof (puur of onzuiver). Aldus behoren alle vaste stoffen die smelten, of de vloeistof die verdampt, tot dit type systeem.

Vaste stoffen en gassen

Een zeer gebruikelijke 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 in plaats van kaas, paprika, ansjovis, ham, uien, enz., Het zwavel, kolen, fosfor en koper zou bevatten, dan zou het een andere heterogene vaste stof hebben.

Zwavel valt op door zijn gele kleur; de steenkool omdat het een zwarte vaste stof is; de fosfor is rood; en het glanzende en metalen koper. Alle zijn solide, daarom bestaat het systeem uit een fase maar met verschillende componenten. In het dagelijks leven zijn voorbeelden van dit soort systemen niet te overzien.

Gassen kunnen ook heterogene mengsels vormen, vooral als ze verschillende kleuren of dichtheden hebben. Ze kunnen heel kleine deeltjes slepen, zoals gebeurt met waterdeeltjes in de wolken. Naarmate ze groter worden, absorberen ze zichtbaar licht en als gevolg daarvan worden de wolken grauw.

Een voorbeeld van een heterogeen systeem met vaste gassen is rook, die bestaat uit zeer kleine koolstofdeeltjes. Om deze reden is de rook van onvolledige verbranding zwartachtig.

Fractioneringsmethoden

De fasen of componenten van een heterogeen systeem kunnen worden gescheiden door gebruik te maken van de verschillen in hun fysische of chemische eigenschappen. Op deze manier wordt het oorspronkelijke systeem gefractioneerd totdat alleen homogene fasen overblijven. Enkele van de meest gebruikelijke methoden zijn die welke volgen.

filtratie

Filtratie wordt gebruikt om een ​​vaste stof of neerslag van een vloeistof te scheiden. Daardoor slagen de twee fasen erin om te scheiden, hoewel met een bepaald niveau van onzuiverheid. Om deze reden wordt de vaste stof in het algemeen onderworpen aan wassen en vervolgens gedroogd in een oven. Deze procedure kan worden uitgevoerd door vacuüm aan te brengen, of eenvoudigweg door zwaartekracht.

decanteren

Deze methode is ook handig voor het scheiden van een vaste stof uit een vloeistof. Het verschilt een beetje van de vorige, omdat de vaste stof meestal een stevige consistentie heeft en volledig wordt afgezet in de bodem van de container. Om dit te doen, kantelt u eenvoudig de opening van de container in een geschikte hoek zodat de vloeistof eruit vloeit.

Evenzo maakt decanteren de scheiding van twee vloeistoffen mogelijk, dat wil zeggen, een vloeistof-vloeistofsysteem. In dit geval gebruiken we een scheitrechter.

Het bifasische mengsel (twee niet-mengbare vloeistoffen) wordt overgebracht naar de trechter en de vloeistof met lagere dichtheid wordt bovenaan geplaatst; terwijl de hogere dichtheid, in het onderste deel, in contact staat met de uitgangsopening.

Het bovenste beeld geeft een scheidings- of decanteertrechter weer. Dit glasmateriaal wordt ook gebruikt om vloeistof-vloeistofextracties uit te voeren; dat is, trek een opgeloste stof uit de initiële vloeistof door een andere vloeistof toe te voegen waarin deze nog meer oplosbaar is.

zeven

Screening wordt gebruikt om vaste componenten van verschillende groottes te scheiden. Het is heel gebruikelijk om in de keuken een zeef of zeef te vinden om de korrels schoon te maken, het tarwemeel te zuiveren of vaste resten dikke sappen te verwijderen. In de chemie kan het worden gebruikt om kleine kristallen te scheiden van andere van grotere omvang.

magnetisatie

Deze methode wordt gebruikt voor solid-solid systemen waarbij een of meer van de componenten worden aangetrokken door een magneet. De initiële heterogene fase wordt dus gezuiverd als de magneet de ferromagnetische elementen verwijdert. Magnetisatie wordt bijvoorbeeld gebruikt om blik van vuilnis te scheiden.

centrifugeren

Het centrifugeren scheidt een gesuspendeerde vaste stof van een vloeistof. Het kan niet worden gefilterd omdat de deeltjes gelijkmatig het volledige volume van de vloeistof bezetten. 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..

sublimering

De sublimatiescheidingsmethode wordt alleen toegepast voor vluchtige vaste stoffen; dat wil zeggen, voor mensen met een hoge dampspanning bij lage temperaturen.

Bij verwarming van het heterogene mengsel ontsnapt de vluchtige vaste stof naar de gasfase. Een voorbeeld van de toepassing ervan is de zuivering van een monster verontreinigd met jodium of ammoniumchloride.

Voorbeelden

Tot nu toe zijn verschillende voorbeelden van heterogene chemische systemen genoemd. Om ze aan te vullen, staan ​​hieronder meer en andere buiten de chemische context:

-Het graniet, de stenen van een rivier, de bergen of een rots met aders van verschillende kleuren.

-Mineralen tellen ook als heterogene systemen, omdat ze worden gevormd door verschillende soorten vaste structuren die zijn samengesteld uit ionen. Zijn kwaliteiten zijn het product van de interactie tussen de ionen van een kristallijne structuur en de onzuiverheden.

-De frisdranken. In hen is er een vloeibaar gasevenwicht, dat wanneer de externe druk afneemt, de oplosbaarheid van het opgeloste gas vermindert; om deze reden worden vele bellen waargenomen (gasvormige opgeloste stof) die naar het oppervlak van de vloeistof stijgen wanneer ze worden blootgelegd.

-Elk reactiemedium waarbij reagentia betrokken zijn in verschillende fasen, en dat ook een magnetische roerder nodig heeft om een ​​hogere reactiesnelheid te garanderen.

-De heterogene katalysatoren. Deze vaste stoffen verschaffen plaatsen op hun oppervlak of poriën waar contact tussen de reagentia wordt versneld, en zij grijpen niet in of ondergaan een onomkeerbare transformatie in de reactie.

-Een frisadamuur, een muur van mozaïeken of het architecturale ontwerp van een gebouw.

-Meerlaags jellies van vele smaken.

-Een Rubiks kubus.

referenties

1. Evenwicht in heterogene systemen. Teruggeplaatst van: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (7 november 2010). Homogene en heterogene systemen. Hersteld van: quimicafisica.com
3. Jill. (7 juni 2006). Homogene en heterogene systemen. Teruggeplaatst van: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Voorbeelden van heterogene mengsels. Teruggeplaatst van: examples.ydictionary.com
5. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische chemie In De elementen van groep 15. (vierde editie). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Homogeniteit en heterogeniteit. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Anorganische chemie Opgehaald van: books.google.com