מערכות החומר הן אלה מורכבים מחומר אשר מבודדים משאר היקום להיחקר. הנושא נמצא בכל מקום ומעניק צורה ומשמעות אמיתית לתפיסות החיים היומיומיות, אך כאשר רצוי ללמוד חלק של חומר, סביבתו מבוזה ואנחנו מדברים על מערכת חומרית.
הם משתנים מאוד, מכיוון שישנם חומרים טהורים ומורכבים, כמו גם מצבים ושלבי צבירה שונים. כיצד להגדיר את הגבול בין המערכת החומרית לסביבתה? הכל תלוי במשתנים שנחשבים. לדוגמא, בתמונה שמתחת לכל שיש ממתקים יכולה להיות המערכת הנחקרת.
עם זאת, אם יש לקחת בחשבון את המשתנה הצבעוני, יש לקחת בחשבון את כל הגולות שבמכונה. מכיוון שהמכונה לא מעניינת, זו הסביבה של הגולות. לפיכך, המערכת החומרית של הדוגמא באה להיות מסת הגולות ותכונותיהן (אלו אלה של מסטיק, נענע וכו ').
עם זאת, מבחינה כימית, מערכות חומריות מוגדרות ככל חומר טהור או כתערובת שלהן, המסווגות לפי ההיבטים הפיזיים שלהן.
מִיוּן
מערכת חומרית הומוגנית
החומר הנלמד יכול להראות על מראה אחיד, בו תכונותיו נשארות קבועות ללא קשר לדגימה המנותחת. במילים אחרות: מערכת מסוג זה מאופיינת בכך שיש רק שלב אחד של חומר במבט ראשון.
חומר טהור ותרכובות
אם מנותחים חומר טהור, נמצא כי התכונות הפיזיקו-כימיות יוצאות בקנה אחד עם אותם ערכים ותוצאות, גם אם נלקחות דגימות רבות (ובאזורים גיאוגרפיים שונים).
לדוגמא, אם מדגם סידן היה משווה לדגימה מאסיה, אירופה, אפריקה ואמריקה, לכולם היו אותן תכונות. אותו הדבר היה קורה אם נלקח מדגם של פחמן טהור.
מצד שני, תרכובת טהורה מבטאת גם את האמור לעיל. אם היה מובטח כי צפחה עשויה מחומר אחד ויחיד, היא הייתה מסווגת כמערכת חומר הומוגנית.
עם זאת, הדבר אינו מתרחש עבור דגימת מינרלים, מכיוון שבאופן כללי היא מכילה זיהומים ממינרלים נלווים אחרים, ולמקרה זה מדובר במערכת חומר הטרוגנית. כמו כן, מערכות חומריות כגון עצים, אבנים, הרים או נהרות נופלות בסיווג האחרון.
התפרקות
חומץ מסחרי הוא תמיסה מימית של 5% של חומצה אצטית; כלומר, 5 מ"ל של חומצה אצטית טהורה מומסת ב 100 מ"ל מים. עם זאת, זה נראה כמו נוזל שקוף, למרות שהוא למעשה שני תרכובות טהורות (מים וחומצה אצטית) יחד.
מערכת חומר הטרוגנית
בניגוד לזה ההומוגני, בסוג זה של מערכת לא המראה ולא התכונות הם קבועים, כשהם לא סדירים לאורך הרחבתו.
בנוסף, ניתן להטיל עליו טכניקות הפרדה פיזיקליות או כימיות, שממנה מופקים שלבים הנחשבים כל אחד כמערכת הומוגנית.
שלבים
התמונה העליונה מציגה את מצבי החומר ואת שינוייםיהם. אלה קשורים קשר הדוק לשלבי החומר מכיוון שלמרות שהם זהים, יש להם כמה הבדלים עדינים.
לפיכך, השלבים של מערכת חומרים הם המוצק, הנוזל והגז. כלומר, לעניין מסוים הנתון לניתוח הוא יכול לאמץ כל אחד מהשלבים הקודמים.
עם זאת, מכיוון שהאינטראקציה במוצקים חזקה מאוד והם תלויים במשתנים כמו לחץ וטמפרטורה, ייתכן שלמערכת יש שלבים מוצקים שונים.
לדוגמא, לתרכובת X, מוצקה בטמפרטורת החדר, יש שלב I; אך כאשר הלחץ עליו גבוה מאוד, מולקולותיו מסודרות מחדש בצורה קומפקטית יותר ואז מתרחש מעבר משלב I לשלב מוצק II.
ישנם אפילו שלבים אחרים, כמו III ו- IV, שמקורם ב- II בטמפרטורות שונות. לפיכך, מערכת החומרים ההומוגנית של X של שלב מוצק לכאורה יכולה לרכוש עד ארבעה שלבים מוצקים: I, II, III ו- IV.
במקרה של מערכות נוזליות וגזים, בדרך כלל המולקולות יכולות לאמץ שלב אחד בלבד במצבים של חומר זה. במילים אחרות, יתכן ולא יהיו שלב גז I ושלב גז II.
תרשים שלב
יש דיאגרמות שלב רבות: חלקן לתרכובת או חומר יחיד (כמו זה שבתמונה למעלה), ואחרות למערכות בינאריות (מלח במים, למשל) או טרניארי (שלושה מרכיבים).
"הפשוטה ביותר" היא תרשים השלבים לחומר. לפיכך, עבור החומר ההיפותטי Y, הפאזה שלו מיוצגת כפונקציה של לחץ (ציר y) וטמפרטורה (ציר x).
בלחצים נמוכים זהו גז, ללא קשר לטמפרטורה שלו. עם זאת, בעת הגדלת הלחץ מופק גז Y במוצק Y.
עם זאת, בטמפרטורות מעל לנקודה הקריטית Y, הגז מתעבה לנוזל Y, ואם גם הלחץ מוגבר (אחד עולה אנכית דרך התרשים), הנוזל מתמצק.
כל קו מייצג את שיווי המשקל בין שני השלבים שהוא מפריד: גז מוצק, גז נוזלי, מוצק-נוזל, נוזל-מוצק וגז-מוצק-נוזלי בנקודה המשולשת.
בנוסף, מהנקודה הקריטית Y לא מוצגת הבחנה פיזית בין שלב הגז לשלב הנוזל: הוא מהווה מה שמכונה נוזל על-קריטי.
דוגמאות
- בלון הוא מערכת חומרית, מכיוון שתוכנו גזי ולכן יש לו אופי כימי; אם הגז פחות צפוף מאוויר, הבלון יעלה לשמיים.
- למערכת הבינארית מים-שמן יש שני שלבים: האחד של מים והשני, באופן הגיוני, של שמן. הסט של שניהם הוא המערכת ההטרוגנית, בעוד שהשכבות הבודדות הן מערכות הומוגניות. אם רצית לחלץ את השמן, היית צריך לבצע מיצוי נוזלי-נוזלי עם ממס אורגני והפכפך.
- מערכת מוצקה-מוצקה יכולה להיות מורכבת מתערובת של סוכר לבן וסוכר חום. כאן, ההבדל בצבע בין הגבישים הופך את המקרה הזה למערכת הטרוגנית.
- מי ים הם דוגמא נוספת למערכת חומרית הומוגנית. זה מורכב מהתמוססות של יונים רבים, האחראים לטעמו המלוח האופייני. אם מדגם מי ים היה מתאדה במיכל, זה היה משקע בתוכו מלחים לבנים.
הפניות
- מערכת וסביבתה. הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: chem.libretexts.org
- אנטוניו דה אולואה. מערכות חומרים. . הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: 2.educarchile.cl
- דניאל ג'יי ברגר. (2001). הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: bluffton.edu
- המערכת והסביבה בכימיה. הוחזר ב- 27 במאי 2018, מתוך: chemteam.info
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (6 בפברואר 2018). הגדרת מערכת פתוחה בכימיה. הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: thoughtco.com
- מרכז המחקר גלן. שלבי חומר. הוחזר ב- 27 במאי 2018, מ: grc.nasa.gov
- אליסון ח. (2006-09-15). הפעלת בלון. הוחזר ב 28 במאי 2018, מ: flickr.com