Medžiagų sistemos: klasifikavimas, fazės ir pavyzdžiai
Materialinės sistemos yra visos tos, kurios susideda iš materijos ir kurios yra izoliuotos nuo likusios visatos, kurios turi būti tiriamos. Medžiaga yra visur, suteikianti formą ir realią prasmę kasdienio gyvenimo suvokimui, bet kai norite studijuoti dalį medžiagos, jūs niekinate jos aplinką ir kalbate apie materialinę sistemą.
Jie yra labai įvairūs, nes yra grynų ir sudėtinių medžiagų, taip pat skirtingų būsenų ir agregacijos fazių. Kaip apibrėžti ribą tarp materialiosios sistemos ir jos apylinkės? Viskas priklauso nuo svarstomų kintamųjų. Pavyzdžiui, apatinėje nuotraukoje kiekvienas saldainių marmuras gali būti tiriama sistema.
Tačiau, jei norime atsižvelgti į kintamą spalvą, būtina atsižvelgti į visas dozavimo mašinos rutuliukus. Kadangi mašina nėra įdomi, tai yra marmuro aplinka. Taigi, medžiagos pavyzdinė sistema tampa marmuro ir jų savybių (ar kramtomoji guma, mėtų, ir tt) masė.
Tačiau chemiškai medžiagų sistemos apibrėžiamos kaip bet kokia gryna medžiaga arba jų mišinys, klasifikuojamas pagal jų fizinius aspektus.
Klasifikacija
Homogeninė medžiagų sistema
Tiriama medžiaga gali rodyti vienodą išvaizdą, kurioje jos savybės išlieka pastovios, neatsižvelgiant į analizuojamą mėginį. Kitaip tariant, šios rūšies sistemai būdingas vienintelis dalyko etapas iš pirmo žvilgsnio.
Medžiaga ir gryni junginiai
Jei analizuojama grynoji medžiaga, bus nustatyta, kad fizikinės ir cheminės savybės sutampa su tomis pačiomis vertėmis ir rezultatais, net jei imama daug mėginių (ir skirtingose geografinėse vietovėse).
Pavyzdžiui, jei kalcio mėginys buvo lyginamas su vienu iš Azijos, Europos, Afrikos ir Amerikos, jie visi turėtų tas pačias savybes. Tas pats atsitiktų, jei būtų paimtas gryno anglies mėginys.
Kita vertus, pirmiau minėtas yra ir grynas junginys. Jei būtų užtikrinta, kad lenta būtų pagaminta iš vienos medžiagos, ji būtų klasifikuojama kaip vienarūšė medžiagų sistema.
Tačiau tai nenustatyta mineraliniam mėginiui, nes jis paprastai turi nešvarumų iš kitų susijusių mineralų, ir šiuo atveju tai yra nevienalytė medžiagų sistema. Be to, šios medžiagos, tokios kaip medžiai, akmenys, kalnai ar upės, patenka į šią paskutinę klasifikaciją.
Išskaidymas
Komercinis actas yra 5% acto rūgšties vandeninis tirpalas; tai yra, kad 5 ml grynos acto rūgšties ištirpsta 100 ml vandens. Tačiau jo išvaizda yra skaidrus skystis, nors iš tikrųjų tai yra du gryni junginiai (vanduo ir acto rūgštis).
Heterogeninė medžiagų sistema
Priešingai nei vienarūšiai, tokio tipo sistemoje nei išvaizda, nei savybės yra pastovios, nesvarbu, ar jos yra netinkamos per visą jos išplėtimą.
Be to, gali būti atliekami fiziniai arba cheminiai atskyrimo metodai, iš kurių ekstrahuojamos fazės, kurių kiekviena laikoma homogenine sistema.
Fazės
Pirmiau pateiktame paveikslėlyje rodomos materijos būsenos ir jos pakeitimai. Jie yra glaudžiai susiję su klausimo etapais, nes nors jie yra tokie patys, jie pasižymi tam tikrais subtiliais skirtumais.
Taigi medžiagos sistemos fazės yra kietoji medžiaga, skystis ir dujos. Tai reiškia, kad tam tikram analizuojamam dalykui gali būti pritaikytas bet kuris ankstesnis etapas.
Tačiau, kadangi sąveikos kietosiose medžiagose yra labai stiprios ir jos priklauso nuo kintamųjų, pvz., Slėgio ir temperatūros, sistema gali turėti arba neturėti skirtingų kietųjų fazių.
Pavyzdžiui, junginys X, kietas kambario temperatūroje, turi I fazę; bet kai jis patenka į aukštą slėgį, jo molekulės labiau pertvarkomos, o perėjimas vyksta nuo I fazės iki kietos II fazės.
Yra net ir kitų fazių, tokių kaip III ir IV, kurios yra gautos iš II skirtingomis temperatūromis. Taigi homogeninė tariamo kietosios fazės medžiagos X sistema gali įgyti iki keturių kietų fazių: I, II, III ir IV.
Skystų ir dujinių sistemų atveju, paprastai molekulės gali priimti tik vieną fazę šiose medžiagų būsenose. Kitaip tariant, negali būti I ir kitos II fazės.
Fazių diagrama
Yra daug fazių schemų: kai kurie iš vieno junginio ar medžiagos (pvz., Aukščiau esančiame paveikslėlyje), kiti - dvejetainėms sistemoms (pvz., Druskai vandenyje) arba trims sistemoms (trys komponentai).
Labiausiai „paprastas“ yra medžiagos fazės diagrama. Taigi, hipotetinė medžiaga Y, jos fazė yra pavaizduota kaip slėgio (y ašies) ir temperatūros (x ašies) funkcija.
Esant žemam slėgiui, tai yra dujos, nepriklausomai nuo jos temperatūros. Tačiau didinant slėgį Y dujinis kiekis yra nusodinamas kietoje Y.
Tačiau esant aukštesnei temperatūrai, kritinis taškas Y dujų kondensuojasi skystyje Y, o jei slėgis padidėja (vertikaliai didėja per diagramą), skystis sukietėja.
Kiekviena linija rodo pusiausvyrą tarp dviejų fazių, kurios atskiria: kietąsias dujas, skystąsias dujas, kietą-skystą, skystą kietą ir kietą-skystą dujas trimis taškais.
Be to, nuo kritinio taško Y nėra fizinio skirtumo tarp dujų fazės ir skystosios fazės: ji sudaro tai, kas žinoma kaip superkritinis skystis.
Pavyzdžiai
- pasaulis yra materialinė sistema, nes jos turinys yra dujinis, todėl yra cheminis; Jei dujos yra mažiau tankios nei oras, balionas pakils į dangų.
- Vandeninės alyvos binarinė sistema turi dvi fazes: vieną vandeniui ir kitą, logiškai, naftą. Abiejų jų rinkinys yra heterogeninė sistema, o atskiri sluoksniai yra homogeninės sistemos. Jei norite išgauti aliejų, turite atlikti skysčio-skysčio ekstrahavimą su organiniu ir lakiu tirpikliu.
- Kieta kieta sistema gali būti baltojo cukraus ir rudojo cukraus mišinio. Čia spalvų skirtumas tarp kristalų daro šį atvejį heterogenine sistema.
- Jūros vanduo yra dar vienas homogeninės medžiagos sistemos pavyzdys. Jį sudaro daugelio jonų, kurie yra atsakingi už jo būdingą sūrų skonį, ištirpinimas. Jei jūros vandens mėginys buvo išgarintas talpykloje, tai nusėdėtų šioje baltoje druskoje.
