מערכת הטרוגנית: מאפיינים, סיווג ושיטות - כִּימִיָה - 2025

מערכת הטרוגנית הוא כי חלק מן היקום הכבושה על ידי אטומים, מולקולות או יונים, ב אופן כזה שהם יוצרים שניים או יותר שלבים להבחין. לפי "חלק מהיקום" מובן שהוא טיפה, כדור, הכור, סלעים; ולפי שלב, למצב או למצב צבירה, בין אם מוצק, נוזלי או גזי.

ההטרוגניות של מערכת משתנה מהגדרתה מתחום ידע לתחום אחר. עם זאת, מושג זה חולק קווי דמיון רבים בתחום הבישול והכימיה.

מקור: Pexels

לדוגמה, פיצה שעל פני השטח שלה עמוסת מרכיבים, כמו זו שבתמונה למעלה, היא מערכת הטרוגנית. באופן דומה, סלט, תערובת של אגוזים ודגנים, או משקה תוסס נחשב גם כמערכות הטרוגניות.

שימו לב כי האלמנטים שלו נראים במבט ראשון וניתנים להפרדה ידנית. מה עם מיונז? או חלב? במבט ראשון הם הומוגניים, אך מיקרוסקופית הם מערכות הטרוגניות; ליתר דיוק, מדובר בתחליבים.

בכימיה מרכיבים מורכבים מגיבים, חלקיקים או חומר הנחקר. השלבים אינם אלא אגרגטים פיזיקליים של החלקיקים האמורים, המספקים את כל התכונות המאפיינות את השלבים. כך, השלב הנוזלי של האלכוהול "מתנהג" באופן שונה מזה של מים, ועל אחת כמה וכמה, מזה של הכספית הנוזלית.

במערכות מסוימות ניתן יהיה לזהות את השלבים כמו תמיסת סוכר רוויה, כשברקע גבישים. כל אחד בפני עצמו יכול להיות מסווג כהומוגני: מעל שלב שנוצר על ידי מים, ומתחתיו, שלב מוצק המורכב מגבישי סוכר.

במקרה של מערכת סוכר במים, איננו מדברים על תגובה, אלא על רוויה. במערכות אחרות טרנספורמציה של חומר קיימת. דוגמא פשוטה היא תערובת של מתכת אלקלית, כגון נתרן, ומים; זה נפץ, אבל בהתחלה, נתח הנתרן המתכתי מוקף במים.

בדומה למיונז, ישנן מערכות הטרוגניות בתוך הכימיה העוברות מקרוסקופית להומוגניות, אך לאור האור של מיקרוסקופ עוצמתי, השלבים ההטרוגניים האמיתיים שלהם מאירים.

מאפייני המערכת ההטרוגנית

מהם המאפיינים של מערכת כימית הטרוגנית? באופן כללי ניתן לרשום אותם כדלקמן:

הם מורכבים משני שלבים או יותר; במילים אחרות, זה לא אחיד.

זה יכול לכלול, באופן כללי, מכל אחד מהזוגות הבאים של שלבים: מוצק-מוצק, מוצק-נוזל, גז מוצק, נוזל-נוזל, נוזל-גז; יתר על כן, שלושתן יכולות להיות קיימות באותה מערכת גז מוצק-נוזלי.

-ניתן להבחין ברכיבים ובשלבים, מלכתחילה, בעין בלתי מזוינת. לפיכך, די בקפידה על המערכת כדי להסיק מסקנות ממאפייניה; כגון צבע, צמיגות, גודל וצורת גבישים, ריח וכו '.

בדרך כלל זה כרוך בשיווי משקל תרמודינמי, או זיקה גבוהה או נמוכה בין החלקיקים בתוך שלב או בין שני שלבים שונים.

-התכונות הפיזיקו-כימיות משתנות בהתאם לאזור או לכיוון המערכת. לפיכך, הערכים של, למשל, נקודת ההיתוך עשויים לנוע מאזור אחד של מוצק הטרוגני למשנהו. כמו כן (המקרה הנפוץ ביותר) הצבעים או הגוונים משתנים לאורך המוצק (נוזל או גז) כאשר הם משווים.

-הם תערובות של חומרים; כלומר, זה לא חל על חומרים טהורים.

דרגת התבוננות

כל מערכת הומוגנית יכולה להיחשב הטרוגנית אם משתנים את הכף או דרגות ההתבוננות. לדוגמה, קערה מלאה במים טהורים היא מערכת הומוגנית, אך כפי שנצפות מולקולות שלה, ישנם מיליונים מהם עם המהירות שלהם.

מנקודת המבט המולקולרית המערכת ממשיכה להיות הומוגנית מכיוון שמדובר רק במולקולות H ₂ O. אולם, על ידי הקטנה נוספת של סולם התצפית לרמות אטומיות, המים הופכים הטרוגניים, מכיוון שהם אינם מורכבים מסוג אחד של אטום אלא מימן וחמצן.

לכן המאפיינים של מערכות כימיות הטרוגניות תלויות במידת ההתבוננות. אם אתה מחשיב את הסולם המיקרוסקופי, אתה עלול להיתקל במערכות רב-גוניות.

A מוצק, ככל הנראה הומוגני וכסף בצבעו, יכול להיות מורכב משכבות מרובות של מתכות שונות (ABCDAB …) ולכן יכול להיות הטרוגני. לכן, A הומוגנית מקרוסקופית, אך הטרוגנית ברמת המיקרו (או הננו).

באופן דומה, אותם אטומים הם מערכות הטרוגניות, מכיוון שהם עשויים ואקום, אלקטרונים, פרוטונים, נויטרונים וחלקיקים תת אטומיים אחרים (כמו קווארקים).

מִיוּן

בהתחשב במידת התבוננות מקרוסקופית, המגדירה את המאפיינים הגלויים או מאפיין מדיד, ניתן לסווג מערכות כימיות הטרוגניות בדרכים הבאות:

תמיסות רוויות (נוזל-נוזל, נוזל-מוצק, נוזל-גז)

תמיסות רוויות הן סוג של מערכת הטרוגנית כימית שבה המומס אינו יכול להמשיך להתמוסס ויוצר שלב נפרד מזה של הממס. הדוגמה של גבישים מים וסוכר נופלת בסיווג זה.

מולקולות ממיס מגיעות לנקודה בה אינן יכולות להכיל או להמיס את המומס. ואז המומס הנוסף, המוצק או הגזי, יתארגן במהירות ליצירת מוצק או בועות; כלומר מערכת נוזלית מוצקה או גז נוזלי.

המומס יכול להיות גם נוזל, שלא ניתן לערבב אותו עם הממס עד ריכוז מסוים; אחרת הם לא יהיו מעורבבים בכל הריכוזים ולא היו יוצרים פיתרון רווי. על ידי מעורבב, מובן כי התערובת של שני הנוזלים מהווה שלב אחיד אחד.

אם, לעומת זאת, המומס הנוזלי אינו ניתן להחלפה עם הממס, כמו שקורה בתערובת השמן והמים, ככל שהפיתרון הנוסף להוסיף הופך לרווי. כתוצאה מכך נוצרים שני שלבים: האחד מימי והשני שומני.

תמיסות עם מלחים משקעים

חלק מהמלחים מייצרים איזון של מסיסות, בשל העובדה שהאינטראקציה בין היונים שלהם חזקה מאוד והם מתכנסים מחדש לגבישים שמים לא יכולים להתנתק.

סוג זה של מערכת הטרוגנית מורכב גם משלב נוזלי ושלב מוצק; אך בניגוד לתמיסות רוויות, המומס הוא מלח שאינו דורש כמויות גדולות של משקעים.

לדוגמה, ערבוב של שני תמיסות מימיות של מלחים בלתי רוויים, האחד של NaCl והשני של AgNO ₃ , מפיל את המלח AgCl שלא מסיס. כלוריד כסף מכונן שיווי משקל מסיס בממיס, כאשר מוצק מוצק לא-לבן במיכל המים.

לפיכך, מאפייני הפתרונות הללו תלויים בסוג המשקעים הנוצרים. באופן כללי, מלחי הכרום צבעוניים מאוד, כמו גם אלה של מנגן, ברזל או מתחם מתכתי כלשהו. משקע זה יכול להיות מוצק גבישי, אמורפי או ג'לטיני.

מעברים שלב

גוש קרח יכול להוות מערכת הומוגנית, אך כאשר הוא נמס הוא מהווה שלב נוסף של מים נוזליים. לכן מעברי הפאזה של חומר הם גם מערכות הטרוגניות.

בנוסף, מולקולות מסוימות יכולות לברוח מעל פני הקרח לשלב האדים. זה נובע מהעובדה שלא רק למים נוזליים יש לחץ אדים, אלא גם קרח, אם כי במידה פחותה.

מערכות הטרוגניות של מעברי פאזה חלות על כל חומר (טהור או טמא). כך, כל המוצקים שנמסים, או הנוזל המתאדה, שייכים לסוג זה של מערכת.

מוצקים וגזים

סוג שכיח מאוד של מערכות הטרוגניות בכימיה הם מוצקים או גזים עם רכיבים שונים. לדוגמה, הפיצה בתמונה נכנסת לסיווג זה. ואם במקום גבינה, פפריקה, אנשובי, בשר חזיר, בצל וכו ', היה בו גופרית, פחם, זרחן ונחושת, אז יהיה עוד מוצק הטרוגני.

הגופרית בולטת בצבעו הצהוב; פחם בגלל היותו מוצק שחור; הזרחן אדום; ונחושת מתכתית מבריקה. כולם מוצקים ולכן המערכת מורכבת משלב אך עם מספר רכיבים. בחיי היומיום הדוגמאות למערכת מסוג זה אינן ניתנות לחישוב.

כמו כן, גזים יכולים ליצור תערובות הטרוגניות, במיוחד אם יש להם צבעים או צפיפות שונים. הם יכולים לשאת חלקיקים קטנים מאוד, כמו שקורה עם מים בתוך עננים. ככל שהם גדלים בגודלם, הם סופגים אור גלוי והעננים הופכים לאפור כתוצאה מכך.

דוגמה למערכת גז מוצק הטרוגנית היא עשן המורכב מחלקיקי פחמן קטנים מאוד. מסיבה זו העשן מהבעירה הלא שלמה הוא שחור בשחור.

שיטות שבר

ניתן להפריד בין השלבים או הרכיבים של מערכת הטרוגנית תוך ניצול ההבדלים בתכונותיהם הפיזיקליות או הכימיות. בדרך זו המערכת המקורית מופרקת עד שנותרו רק שלבים הומוגניים. כמה מהשיטות הנפוצות יותר הן כדלקמן.

סִנוּן

סינון משמש להפרדת מוצק או משקעים מנוזל. כך, שני השלבים מצליחים להיפרד, אם כי עם רמה מסוימת של טומאה. מסיבה זו מוצק בדרך כלל המוצק ומייבש לאחר מכן בתנור. הליך זה יכול להיעשות באמצעות מריחת ואקום, או פשוט על ידי כוח הכבידה.

גניבה

שיטה זו שימושית גם להפרדת מוצק מנוזל. זה שונה במקצת מהקודם, בכך שהמוצק בדרך כלל יציב בעקביות ומופקד לחלוטין בתחתית המכולה. לשם כך, פשוט הטו את פה המיכל בזווית מתאימה כך שהנוזל יזרום מתוכו.

באופן דומה, גניבה מאפשרת הפרדה בין שני נוזלים, כלומר מערכת נוזלים-נוזלים. במקרה זה משתמשים במשפך מפריד.

התערובת הדו-פאזית (שני נוזלים בלתי ניתנים לחלוקה) מועברת למשפך, והנוזל בצפיפות נמוכה יותר יהיה ממוקם בחלקו העליון; ואילו זה עם הצפיפות הגבוהה ביותר, בחלק התחתון, במגע עם פתח השקע.

מקור: Pixabay

התמונה העליונה מייצגת משפך המפריד או המפריד. כלי זכוכית זה משמש גם לתמציות נוזל נוזלי; כלומר לחלץ ממיס מהנוזל הראשוני על ידי הוספת נוזל נוסף בו הוא מסיס עוד יותר.

סִנוּן

זיווט משמש להפרדת רכיבים מוצקים בגדלים שונים. מקובל מאוד למצוא מסננת או מסננת בתוך המטבח כדי לנקות את הגרגירים, לטהר את קמח החיטה או להסיר שאריות מוצקות ממיצים עבים. בכימיה ניתן להשתמש בה כדי להפריד בין גבישים קטנים לגדולים יותר.

מגנטיזציה

שיטה זו משמשת למערכות מוצקות-מוצקות בהן אחד או יותר מהרכיבים נמשכים על ידי מגנט. לפיכך, השלב ההטרוגני הראשוני מטוהר כאשר המגנט מסלק את היסודות הפרומגנטיים. לדוגמה, מגנטציה משמשת להפרדת לוחית הדופן מהאשפה.

צנטריפוגה

צנטריפוגציה מפרידה מוצק מושעה מנוזל. לא ניתן לסנן אותו מכיוון שהחלקיקים שוחים בצורה אחידה ותופסים את כל נפח הנוזל. כדי להפריד בין שני השלבים, כמות מהתערובת ההטרוגנית נתונה לכוח צנטריפוגלי, המשקע את המוצק בתחתית צינור הצנטריפוגה.

הַאֲצָלָה

שיטת הפרדת הסובלימציה מיושמת רק על מוצקים נדיפים; כלומר, לאנשים עם לחץ אדי גבוה בטמפרטורות נמוכות.

בחימום התערובת ההטרוגנית המוצק ההפכפך נמלט לשלב הגז. דוגמה ליישום שלה היא טיהור מדגם המזוהם ביוד או אמוניום כלוריד.

דוגמאות

עד כה הוזכרו מספר דוגמאות למערכות כימיות הטרוגניות. להשלמתם, פירוט נוסף מופיע בהמשך ואחרים מחוץ להקשר הכימי:

-הגרניט, אבני הנהר, ההרים או כל סלע עם ורידים בצבעים רבים.

מינרלים נחשבים גם כמערכות הטרוגניות, מכיוון שהן מורכבות מסוגים שונים של מבנים מוצקים המורכבים מיונים. תכונותיו הן תוצר של יחסי הגומלין בין יונים של מבנה גבישי לבין זיהומים.

המשקאות הקלים. בהם יש שיווי משקל-גז נוזלי, אשר על ידי הפחתת הלחץ החיצוני, מפחית את מסיסות הגז המומס; מסיבה זו, בועות רבות (מומס גזי) נצפות עולה על פני הנוזל כאשר הם נחשפים.

-כל מדיום תגובה הכולל ריאגנטים בשלבים שונים, וגם זה דורש ערבוב מגנטי כדי להבטיח מהירות תגובה גבוהה יותר.

-זרזים הטרוגניים. מוצקים אלה מספקים אתרים על פני השטח שלהם או הנקבוביות בהם המגע בין המגיבים מואץ, והם אינם מתערבים או עוברים טרנספורמציה בלתי הפיכה בתגובה.

קיר קיר, קיר פסיפס או עיצוב ארכיטקטוני של בניין.

-ג'לטינים רב שכבתי בטעמים רבים.

-קוביה של רוביק.

הפניות

1. שיווי משקל במערכות הטרוגניות. התאושש מ: science.uwaterloo.ca
2. פרננדז ג '(7 בנובמבר 2010). מערכות הומוגניות והטרוגניות. התאושש מ: quimicafisica.com
3. ג'יל. (7 ביוני, 2006). מערכות הומוגניות והטרוגניות. התאושש מ: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). דוגמאות לתערובת הטרוגנית. התאושש מ: voorbeeld.yourdictionary.com
5. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. ביסודות הקבוצה 15. (המהדורה הרביעית). מק גריי היל.
6. ויקיפדיה. (2018). הומוגניות והטרוגניות. התאושש מ: en.wikipedia.org
7. פ. הולמן, אגון וויברג, נילס וויברג. (2001). כימיה אורגנית. התאושש מ: books.google.com