INHOMOGENES SYSTEM: EIGENSCHAFTEN UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Das inhomogene System ist eines, bei dem trotz seiner offensichtlichen Homogenität seine Eigenschaften an bestimmten Stellen im Raum variieren können. Beispielsweise ändert sich die Zusammensetzung der Luft, obwohl es sich um ein homogenes Gasgemisch handelt, je nach Höhe.

Aber was ist ein System? Ein System wird im Allgemeinen als eine Reihe miteinander verbundener Elemente definiert, die als Ganzes funktionieren. Es kann auch hinzugefügt werden, dass seine Elemente zusammenwirken, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Dies ist der Fall bei Verdauungs-, Kreislauf-, Nerven-, endokrinen, Nieren- und Atmungssystemen.

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Ein System kann jedoch so einfach sein wie ein Glas Wasser (oberes Bild). Beachten Sie, dass ein Tropfen Tinte beim Hinzufügen in seine Farben zerfällt und sich über das gesamte Wasservolumen verteilt. Dies ist auch ein Beispiel für ein inhomogenes System.

Wenn das System aus einem bestimmten Raum ohne genaue Grenzen besteht, wie z. B. einem physischen Objekt, wird es als materielles System bezeichnet. Materie hat eine Reihe von Eigenschaften wie Masse, Volumen, chemische Zusammensetzung, Dichte, Farbe usw.

Eigenschaften und Zustände eines Systems

Die physikalischen Eigenschaften der Materie sind in umfangreiche Eigenschaften und intensive Eigenschaften unterteilt.

Umfangreiche Eigenschaften

Sie hängen von der Größe der betrachteten Probe ab, beispielsweise von ihrer Masse und ihrem Volumen.

Die intensiven Eigenschaften

Dies sind diejenigen, die nicht mit der Größe der betrachteten Stichprobe variieren. Diese Eigenschaften umfassen Temperatur, Dichte und Konzentration.

Zustände des Materials

Andererseits hängt ein System auch von der Phase oder dem Zustand ab, in dem Materie mit diesen Eigenschaften zusammenhängt. Materie hat also drei physikalische Zustände: fest, gasförmig und flüssig.

Ein Material kann einen oder mehrere physikalische Zustände haben; Dies ist der Fall bei flüssigem Wasser im Gleichgewicht mit Eis, einem Feststoff in Suspension.

Eigenschaften homogener, heterogener und inhomogener Systeme

Homogenes System

Das homogene System zeichnet sich durch die gleiche chemische Zusammensetzung und die gleichen intensiven Eigenschaften aus. Es hat eine einzelne Phase, die sich in einem festen Zustand, einem flüssigen Zustand oder einem gasförmigen Zustand befinden kann.

Beispiele für das homogene System sind: reines Wasser, Alkohol, Stahl und Zucker, gelöst in Wasser. Diese Mischung stellt eine sogenannte echte Lösung dar, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der gelöste Stoff einen Durchmesser von weniger als 10 Millimikra aufweist, gegenüber Schwerkraft und Ultrazentrifugation stabil ist.

-Heterogenes System

Das heterogene System zeigt unterschiedliche Werte für einige der intensiven Eigenschaften an verschiedenen Stellen im betrachteten System. Die Stellen sind durch diskontinuierliche Oberflächen getrennt, bei denen es sich um Membranstrukturen oder Oberflächen der Partikel handeln kann.

Die grobe Dispersion von Tonpartikeln in Wasser ist ein Beispiel für ein heterogenes System. Die Partikel lösen sich nicht im Wasser und bleiben in Suspension, solange das System gerührt wird.

Wenn das Rühren aufhört, setzen sich die Tonpartikel unter Einwirkung der Schwerkraft ab.

Ebenso ist Blut ein Beispiel für ein heterogenes System. Es besteht aus Plasma und einer Gruppe von Zellen, darunter Erythrozyten, die durch ihre Plasmamembranen, die als Oberflächen der Diskontinuität fungieren, vom Plasma getrennt sind.

Plasma und das Innere von Erythrozyten weisen Unterschiede in der Konzentration bestimmter Elemente wie Natrium, Kalium, Chlor, Bicarbonat usw. auf.

-Inhomogenes System

Es zeichnet sich durch Unterschiede zwischen einigen der intensiven Eigenschaften in verschiedenen Teilen des Systems aus, aber diese Teile sind nicht durch genau definierte Diskontinuitätsoberflächen getrennt.

Diskontinuitätsflächen

Diese Diskontinuitätsoberflächen können beispielsweise die Plasmamembranen sein, die das Zellinnere von seiner Umgebung trennen, oder die Gewebe, die ein Organ auskleiden.

Es wird gesagt, dass in einem inhomogenen System die Diskontinuitätsoberflächen selbst unter Verwendung von Ultramikroskopie nicht sichtbar sind. Die Punkte des inhomogenen Systems sind in biologischen Systemen grundsätzlich durch Luft und wässrige Lösungen getrennt.

Zwischen zwei Punkten des inhomogenen Systems kann beispielsweise ein Unterschied in der Konzentration eines Elements oder einer Verbindung bestehen. Ein Temperaturunterschied kann auch zwischen den Punkten auftreten.

Diffusion von Energie oder Materie

Unter den oben genannten Umständen tritt zwischen den beiden Punkten des Systems ein passiver Fluss (der keinen Energieaufwand erfordert) von Materie oder Energie (Wärme) auf. Daher wandert die Wärme in die kälteren Bereiche und die Materie in die stärker verdünnten Bereiche. Somit nehmen die Unterschiede in Konzentration und Temperatur dank dieser Diffusion ab.

Die Diffusion erfolgt durch den einfachen Diffusionsmechanismus. In diesem Fall hängt es im Wesentlichen von der Existenz eines Konzentrationsgradienten zwischen zwei Punkten, dem Abstand, der sie trennt, und der Leichtigkeit des Überschreitens des Mediums zwischen den Punkten ab.

Um den Konzentrationsunterschied zwischen den Punkten des Systems aufrechtzuerhalten, ist eine Energie- oder Materieversorgung erforderlich, da die Konzentrationen an allen Punkten gleich wären. Daher würde das inhomogene System ein homogenes System werden.

Instabilität

Ein Merkmal, das das inhomogene System hervorhebt, ist seine Instabilität, weshalb es in vielen Fällen eine Stromversorgung für seine Wartung benötigt.

Beispiele für inhomogene Systeme

Ein Tropfen Tinte oder Lebensmittelfarbe in Wasser

Durch Zugabe eines Farbstofftropfens auf die Wasseroberfläche ist die Konzentration des Farbstoffs auf der Wasseroberfläche zunächst höher.

Daher gibt es einen Unterschied in der Konzentration des Farbstoffs zwischen der Oberfläche des Wasserglases und den darunter liegenden Flecken. Darüber hinaus gibt es keine Oberfläche der Diskontinuität. Zusammenfassend ist dies also ein inhomogenes System.

Anschließend diffundiert der Farbstoff aufgrund des Vorhandenseins eines Konzentrationsgradienten in die Flüssigkeit, bis die Konzentration des Farbstoffs im gesamten Wasser im Glas ausgeglichen ist, wodurch das homogene System reproduziert wird.

Wasser kräuselt sich

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Wenn ein Stein in einem Teich auf die Wasseroberfläche geworfen wird, tritt eine Störung auf, die sich in Form konzentrischer Wellen von der Aufprallstelle des Steins ausbreitet.

Der Stein überträgt beim Aufprall auf eine Reihe von Wasserteilchen Energie auf sie. Daher besteht ein energetischer Unterschied zwischen den Partikeln, die anfänglich mit dem Stein in Kontakt stehen, und den übrigen Wassermolekülen auf der Oberfläche.

Da es in diesem Fall keine Oberfläche der Diskontinuität gibt, ist das beobachtete System inhomogen. Die durch den Aufprall des Steins erzeugte Energie breitet sich in Wellenform auf der Wasseroberfläche aus und erreicht den Rest der Wassermoleküle auf der Oberfläche.

Inspiration

Die Inspirationsphase der Atmung erfolgt kurz wie folgt: Wenn sich die Inspirationsmuskeln, insbesondere das Zwerchfell, zusammenziehen, kommt es zu einer Ausdehnung des Brustkorbs. Dies führt zu einer Tendenz, das Volumen der Alveole zu erhöhen.

Die Alveolardehnung führt zu einer Abnahme des intraalveolären Luftdrucks, wodurch dieser unter dem atmosphärischen Luftdruck liegt. Dies erzeugt einen Luftstrom von der Atmosphäre zu den Alveolen durch die Luftkanäle.

Dann gibt es zu Beginn der Inspiration einen Druckunterschied zwischen den Nasenlöchern und den Alveolen, zusätzlich zu dem Nichtvorhandensein von Diskontinuitätsflächen zwischen den genannten anatomischen Strukturen. Daher ist das vorliegende System inhomogen.

Ablauf

In der Ablaufphase tritt das entgegengesetzte Phänomen auf. Der intraalveoläre Druck wird höher als der atmosphärische Druck und Luft strömt durch die Luftkanäle von den Alveolen in die Atmosphäre, bis sich die endexspiratorischen Drücke ausgleichen.

Zu Beginn des Ausatmens besteht also ein Druckunterschied zwischen zwei Punkten, den Lungenalveolen und den Nasenlöchern. Darüber hinaus gibt es keine Diskontinuitätsflächen zwischen den beiden angegebenen anatomischen Strukturen, sodass es sich um ein inhomogenes System handelt.

Verweise

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