HETEROGENES SYSTEM: MERKMALE, KLASSIFIZIERUNG UND METHODEN - CHEMIE - 2025

Ein heterogenes System ist der Teil des Universums, der von Atomen, Molekülen oder Ionen so besetzt ist, dass sie zwei oder mehr unterscheidbare Phasen bilden. Unter "Teil des Universums" wird ein Tropfen, eine Kugel, der Reaktor, Felsen verstanden; und nach Phase zu einem Zustand oder einer Art der Aggregation, ob fest, flüssig oder gasförmig.

Die Heterogenität eines Systems variiert von seiner Definition von einem Wissensgebiet zum anderen. Dieses Konzept weist jedoch viele Ähnlichkeiten zwischen Kochen und Chemie auf.

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Zum Beispiel ist eine Pizza, deren Oberfläche mit Zutaten gefüllt ist, wie die im Bild oben, ein heterogenes System. Ebenso zählen Salat, eine Mischung aus Nüssen und Körnern oder ein kohlensäurehaltiges Getränk als heterogene Systeme.

Beachten Sie, dass seine Elemente auf den ersten Blick sichtbar sind und manuell getrennt werden können. Was ist mit Mayonnaise? Oder Milch? Auf den ersten Blick sind sie homogen, aber mikroskopisch gesehen sind sie heterogene Systeme; Insbesondere sind sie Emulsionen.

In der Chemie bestehen Inhaltsstoffe aus Reagenzien, Partikeln oder einer untersuchten Substanz. Die Phasen sind nichts anderes als physikalische Aggregate dieser Teilchen, die alle Eigenschaften liefern, die die Phasen charakterisieren. Somit "verhält" sich die flüssige Phase von Alkohol anders als die von Wasser und noch mehr von der von flüssigem Quecksilber.

In bestimmten Systemen sind die Phasen so erkennbar wie eine gesättigte Zuckerlösung mit Kristallen im Hintergrund. Jedes für sich kann als homogen eingestuft werden: über einer aus Wasser gebildeten Phase und unter einer aus Zuckerkristallen bestehenden festen Phase.

Beim Wasser-Zucker-System spricht man nicht von einer Reaktion, sondern von einer Sättigung. In anderen Systemen ist die Transformation von Materie vorhanden. Ein einfaches Beispiel ist die Mischung eines Alkalimetalls wie Natrium und Wasser; Es ist explosiv, aber zunächst ist das Stück metallisches Natrium von Wasser umgeben.

Wie bei Mayonnaise gibt es in der Chemie heterogene Systeme, die makroskopisch als homogen gelten, aber unter dem Licht eines leistungsstarken Mikroskops leuchten ihre wahren heterogenen Phasen.

Eigenschaften des heterogenen Systems

Was sind die Merkmale eines heterogenen chemischen Systems? Im Allgemeinen können sie wie folgt aufgeführt werden:

- Sie bestehen aus zwei oder mehr Phasen. Mit anderen Worten, es ist nicht einheitlich.

-Es kann im Allgemeinen aus einem der folgenden Phasenpaare bestehen: Fest-Fest, Fest-Flüssig, Fest-Gas, Flüssig-Flüssig, Flüssig-Gas; Darüber hinaus können alle drei in demselben Fest-Flüssig-Gas-System vorhanden sein.

-Ihre Komponenten und Phasen sind in erster Linie mit bloßem Auge unterscheidbar. Daher reicht es aus, das System zu beobachten, um aus seinen Eigenschaften Schlussfolgerungen zu ziehen. wie Farbe, Viskosität, Größe und Form der Kristalle, Geruch usw.

-Es beinhaltet normalerweise ein thermodynamisches Gleichgewicht oder eine hohe oder niedrige Affinität zwischen den Partikeln innerhalb einer Phase oder zwischen zwei verschiedenen Phasen.

-Die physikochemischen Eigenschaften variieren je nach Region oder Richtung des Systems. So können die Werte beispielsweise für den Schmelzpunkt von einem Bereich eines heterogenen Feststoffs zum anderen reichen. Außerdem (im häufigsten Fall) ändern sich die Farben oder Farbtöne beim Vergleich im gesamten Feststoff (Flüssigkeit oder Gas).

-Sie sind Stoffgemische; das heißt, es gilt nicht für reine Substanzen.

Beobachtungsgrad

Jedes homogene System kann als heterogen angesehen werden, wenn die Skalen oder Beobachtungsgrade geändert werden. Zum Beispiel ist eine mit reinem Wasser gefüllte Karaffe ein homogenes System, aber wenn ihre Moleküle beobachtet werden, gibt es Millionen von ihnen mit ihren eigenen Geschwindigkeiten.

Aus molekularer Sicht ist das System weiterhin homogen, da es sich nur um H ₂ O- Moleküle handelt . Durch weitere Reduzierung des Beobachtungsmaßstabs auf atomare Ebenen wird das Wasser jedoch heterogen, da es nicht aus einem einzigen Typ besteht Atom aber Wasserstoff und Sauerstoff.

Daher hängen die Eigenschaften heterogener chemischer Systeme vom Beobachtungsgrad ab. Wenn Sie den mikroskopischen Maßstab berücksichtigen, können Sie auf vielfältige Systeme stoßen.

Ein festes A, scheinbar homogen und silberfarben, könnte aus mehreren Schichten verschiedener Metalle bestehen (ABCDAB…) und daher heterogen sein. Daher ist A makroskopisch homogen, aber auf Mikro- (oder Nano-) Ebene heterogen.

Ebenso sind dieselben Atome heterogene Systeme, da sie aus Vakuum, Elektronen, Protonen, Neutronen und anderen subatomaren Teilchen (wie Quarks) bestehen.

Einstufung

Unter Berücksichtigung eines makroskopischen Beobachtungsgrades, der die sichtbaren Eigenschaften oder eine messbare Eigenschaft definiert, können heterogene chemische Systeme auf folgende Weise klassifiziert werden:

Gesättigte Lösungen (flüssig-flüssig, flüssig-fest, flüssig-gasförmig)

Gesättigte Lösungen sind eine Art chemisch heterogenes System, in dem sich der gelöste Stoff nicht weiter auflösen kann und eine von dem Lösungsmittel getrennte Phase bildet. Das Beispiel von Wasser- und Zuckerkristallen fällt in diese Klassifikation.

Lösungsmittelmoleküle erreichen einen Punkt, an dem sie den gelösten Stoff nicht aufnehmen oder solvatisieren können. Dann gruppiert sich der zusätzliche feste oder gasförmige gelöste Stoff schnell neu, um einen Feststoff oder Blasen zu bilden. das heißt, ein Flüssig-Fest- oder Flüssiggas-System.

Der gelöste Stoff kann auch eine Flüssigkeit sein, die bis zu einer bestimmten Konzentration mit dem Lösungsmittel mischbar ist; Andernfalls wären sie bei allen Konzentrationen mischbar und würden keine gesättigte Lösung bilden. Unter mischbar versteht sich, dass das Gemisch der beiden Flüssigkeiten eine einzige gleichmäßige Phase bildet.

Wenn andererseits der flüssige gelöste Stoff mit dem Lösungsmittel nicht mischbar ist, wie dies beim Öl-Wasser-Gemisch der Fall ist, wird die Lösung mit der geringsten zugesetzten Menge gesättigt. Dadurch entstehen zwei Phasen: eine wässrige und eine ölige.

Lösungen mit ausgefällten Salzen

Einige Salze stellen ein Gleichgewicht der Löslichkeit her, da die Wechselwirkungen zwischen ihren Ionen sehr stark sind und sie sich zu Kristallen zusammenschließen, die Wasser nicht dissoziieren kann.

Diese Art von heterogenem System besteht auch aus einer flüssigen Phase und einer festen Phase; Im Gegensatz zu gesättigten Lösungen ist der gelöste Stoff jedoch ein Salz, für dessen Ausfällung keine großen Mengen erforderlich sind.

Zum Beispiel fällt durch Mischen von zwei wässrigen Lösungen ungesättigter Salze, einer von NaCl und einer von AgNO ₃ , das unlösliche Salz AgCl aus. Silberchlorid stellt im Lösungsmittel ein Löslichkeitsgleichgewicht her, wobei im wässrigen Behälter ein weißlicher Feststoff beobachtet wird.

Somit hängen die Eigenschaften dieser Lösungen von der Art des gebildeten Niederschlags ab. Im Allgemeinen sind die Chromsalze sehr bunt, ebenso wie die von Mangan, Eisen oder einem metallischen Komplex. Dieser Niederschlag kann ein kristalliner, amorpher oder gelatinöser Feststoff sein.

Phasenübergänge

Ein Eisblock kann ein homogenes System darstellen, aber wenn er schmilzt, bildet er eine zusätzliche Phase von flüssigem Wasser. Daher sind die Phasenübergänge einer Substanz auch heterogene Systeme.

Zusätzlich können einige Moleküle von der Oberfläche des Eises in die Dampfphase entweichen. Dies liegt daran, dass nicht nur flüssiges Wasser Dampfdruck hat, sondern auch Eis, wenn auch in geringerem Maße.

Heterogene Systeme von Phasenübergängen gelten für jede Substanz (rein oder unrein). Somit gehören alle schmelzenden Feststoffe oder die verdampfende Flüssigkeit zu diesem Systemtyp.

Feststoffe und Gase

Eine in der Chemie sehr verbreitete Klasse heterogener Systeme sind Feststoffe oder Gase mit verschiedenen Komponenten. Zum Beispiel fällt die Pizza im Bild in diese Klassifizierung. Und wenn anstelle von Käse, Paprika, Sardellen, Schinken, Zwiebeln usw. Schwefel, Kohle, Phosphor und Kupfer vorhanden wären, gäbe es einen weiteren heterogenen Feststoff.

Schwefel zeichnet sich durch seine gelbe Farbe aus; Kohle als schwarzer Feststoff; der Leuchtstoff ist rot; und glänzendes metallisches Kupfer. Alle sind fest, daher besteht das System aus einer Phase, jedoch mit mehreren Komponenten. Im Alltag sind die Beispiele für diese Art von System unkalkulierbar.

Gase können auch heterogene Gemische bilden, insbesondere wenn sie unterschiedliche Farben oder Dichten haben. Sie können sehr kleine Partikel tragen, wie dies bei Wasser in Wolken der Fall ist. Wenn sie größer werden, absorbieren sie sichtbares Licht und die Wolken werden dadurch grau.

Ein Beispiel für ein heterogenes Festgassystem ist Rauch, der aus sehr kleinen Kohlenstoffpartikeln besteht. Aus diesem Grund ist der Rauch einer unvollständigen Verbrennung schwärzlich gefärbt.

Fraktionierungsmethoden

Die Phasen oder Komponenten eines heterogenen Systems können unter Ausnutzung unterschiedlicher physikalischer oder chemischer Eigenschaften getrennt werden. Auf diese Weise wird das ursprüngliche System fraktioniert, bis nur noch homogene Phasen übrig sind. Einige der gebräuchlichsten Methoden sind wie folgt.

Filtration

Die Filtration wird verwendet, um einen Feststoff oder Niederschlag von einer Flüssigkeit abzutrennen. Somit gelingt es den beiden Phasen, sich zu trennen, wenn auch mit einem gewissen Grad an Verunreinigung. Aus diesem Grund wird der Feststoff im Allgemeinen gewaschen und anschließend in einem Ofen getrocknet. Dieses Verfahren kann entweder durch Anlegen eines Vakuums oder einfach durch Schwerkraft erfolgen.

Dekantieren

Dieses Verfahren ist auch nützlich, um einen Feststoff von einer Flüssigkeit zu trennen. Es unterscheidet sich etwas von dem vorherigen darin, dass der Feststoff im Allgemeinen eine feste Konsistenz aufweist und sich vollständig am Boden des Behälters ablagert. Kippen Sie dazu einfach die Öffnung des Behälters in einem geeigneten Winkel, damit die Flüssigkeit aus ihm herausfließt.

In ähnlicher Weise können durch Dekantieren zwei Flüssigkeiten getrennt werden, dh ein Flüssig-Flüssig-System. In diesem Fall wird ein Scheidetrichter verwendet.

Das zweiphasige Gemisch (zwei nicht mischbare Flüssigkeiten) wird in den Trichter überführt, und die Flüssigkeit mit geringerer Dichte befindet sich oben; während derjenige mit der höchsten Dichte im unteren Teil in Kontakt mit der Auslassöffnung ist.

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Das obere Bild zeigt einen Trenn- oder Trenntrichter. Dieses Glas wird auch für Flüssig-Flüssig-Extraktionen verwendet; das heißt, einen gelösten Stoff aus der Ausgangsflüssigkeit zu extrahieren, indem eine andere Flüssigkeit hinzugefügt wird, in der er noch löslicher ist.

Sichtung

Durch Sieben werden feste Bauteile unterschiedlicher Größe getrennt. Es ist sehr üblich, in der Küche ein Sieb oder Sieb zu finden, um die Körner zu reinigen, das Weizenmehl zu reinigen oder feste Rückstände von dicken Säften zu entfernen. In der Chemie können damit kleine Kristalle von größeren getrennt werden.

Magnetisierung

Diese Methode wird für Fest-Fest-Systeme verwendet, bei denen eine oder mehrere der Komponenten von einem Magneten angezogen werden. Somit wird die anfängliche heterogene Phase gereinigt, wenn der Magnet die ferromagnetischen Elemente entfernt. Zum Beispiel wird Magnetisierung verwendet, um Weißblech vom Müll zu trennen.

Zentrifugation

Durch Zentrifugation wird ein suspendierter Feststoff von einer Flüssigkeit getrennt. Es kann nicht gefiltert werden, da die Partikel gleichmäßig schwimmen und das gesamte Flüssigkeitsvolumen einnehmen. Um die beiden Phasen zu trennen, wird eine Menge des heterogenen Gemisches einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, die den Feststoff am Boden des Zentrifugenröhrchens sedimentiert.

Sublimation

Das Sublimationstrennverfahren wird nur für flüchtige Feststoffe angewendet; das heißt, für diejenigen mit hohem Dampfdruck bei niedrigen Temperaturen.

Beim Erhitzen des heterogenen Gemisches entweicht der flüchtige Feststoff in die Gasphase. Ein Beispiel für seine Anwendung ist die Reinigung einer mit Jod oder Ammoniumchlorid kontaminierten Probe.

Beispiele

Bisher wurden mehrere Beispiele für heterogene chemische Systeme erwähnt. Um sie zu ergänzen, sind unten weitere aufgeführt und andere außerhalb des chemischen Kontexts:

-Der Granit, die Steine ​​eines Flusses, die Berge oder irgendein Felsen mit Adern vieler Farben.

-Minerale gelten auch als heterogene Systeme, da sie aus verschiedenen Arten fester Strukturen bestehen, die aus Ionen bestehen. Seine Eigenschaften sind das Produkt der Wechselwirkung zwischen Ionen einer kristallinen Struktur und Verunreinigungen.

-Die alkoholfreien Getränke. In ihnen besteht ein Flüssig-Gas-Gleichgewicht, das durch Verringern des Außendrucks die Löslichkeit des gelösten Gases verringert; Aus diesem Grund werden viele Blasen (gasförmiger gelöster Stoff) beobachtet, die im unbedeckten Zustand an die Oberfläche der Flüssigkeit aufsteigen.

-Jedes Reaktionsmedium, an dem Reagenzien in verschiedenen Phasen beteiligt sind und das auch einen Magnetrührer benötigt, um eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit zu gewährleisten.

-Heterogene Katalysatoren. Diese Feststoffe stellen Stellen auf ihrer Oberfläche oder in ihren Poren bereit, an denen der Kontakt zwischen den Reaktanten beschleunigt wird, und sie greifen nicht in die Reaktion ein oder unterliegen einer irreversiblen Umwandlung.

- Eine Frieswand, eine Mosaikwand oder die architektonische Gestaltung eines Gebäudes.

-Mehrschichtige Gelatinen mit vielen Geschmacksrichtungen.

-Ein Zauberwürfel.

Verweise

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