Systemy materiałowe: klasyfikacja, fazy i przykłady

Wszystkie systemy materialne składają się z materii i są odizolowane od reszty wszechświata, który ma być badany. Materia jest wszędzie, nadając kształt i prawdziwe znaczenie percepcji codziennego życia, ale kiedy chcesz studiować część materii, gardzisz jej otoczeniem i mówisz o systemie materialnym.

Są bardzo zmienne, ponieważ istnieją czyste i złożone materiały, a także różne stany i fazy agregacji. Jak zdefiniować granicę między systemem materialnym a jego otoczeniem? Wszystko zależy od rozważanych zmiennych. Na przykład w dolnym obrazku każdy marmur kandyzowany może być badanym systemem.

Jeśli jednak chcemy wziąć pod uwagę zmienny kolor, należy wziąć pod uwagę wszystkie kulki maszyny wydającej. Ponieważ maszyna nie jest interesująca, jest to środowisko kulek. Tak więc system materialny przykładu staje się masą kulek i ich właściwości (czy to gumy do żucia, mięty itp.).

Jednak chemicznie układy materiałowe są zdefiniowane jako dowolna czysta substancja lub ich mieszanina, sklasyfikowana według ich fizycznych aspektów.

Klasyfikacja

Jednorodny system materiałowy

Badany materiał może mieć jednolity wygląd, w którym jego właściwości pozostają niezmienne niezależnie od analizowanej próbki. Innymi słowy: ten rodzaj systemu charakteryzuje się pojedynczą fazą materii na pierwszy rzut oka.

Substancja i czyste związki

Jeśli analizuje się czystą substancję, wówczas odkryje się, że właściwości fizykochemiczne pokrywają się w tych samych wartościach i wynikach, nawet jeśli pobieranych jest wiele próbek (i na różnych obszarach geograficznych).

Na przykład, jeśli próbkę wapnia porównano z próbką z Azji, Europy, Afryki i Ameryki, wszystkie miałyby te same właściwości. To samo miałoby miejsce, gdyby pobrano próbkę czystego węgla.

Z drugiej strony, czysty związek przejawia również powyższe. Gdyby zagwarantowano, że tablica jest wykonana z jednego materiału, wówczas zostałby sklasyfikowany jako jednorodny system materiałowy.

Nie występuje to jednak w przypadku próbki mineralnej, ponieważ zwykle zawiera zanieczyszczenia z innych powiązanych minerałów, aw tym przypadku jest to heterogeniczny system materiałowy. Również te systemy materialne, takie jak drzewa, kamienie, góry lub rzeki, należą do tej ostatniej klasyfikacji.

Rozwiązanie

Ocet handlowy to wodny roztwór 5% kwasu octowego; to znaczy, że 5 ml czystego kwasu octowego rozpuszcza się w 100 ml wody. Jednak jego wygląd jest przezroczystą cieczą, chociaż w rzeczywistości są to dwa czyste związki (woda i kwas octowy) połączone.

Heterogeniczny system materiałowy

W przeciwieństwie do jednorodnego, w tego rodzaju systemie ani wygląd, ani właściwości nie są stałe, ponieważ są nieregularne na całej długości.

Ponadto może podlegać fizycznym lub chemicznym technikom separacji, z których fazy są ekstrahowane, z których każda jest uważana za jednorodny system.

Fazy

Na powyższym obrazku pokazane są stany materii i jej zmiany. Są one ściśle związane z fazami materii, ponieważ chociaż są takie same, przedstawiają pewne subtelne różnice.

Zatem fazy systemu materialnego to ciało stałe, ciecz i gaz. Oznacza to, że dla danego analizowanego przedmiotu może przyjąć dowolną z poprzednich faz.

Ponieważ jednak oddziaływania w ciałach stałych są bardzo silne i zależą od takich zmiennych, jak ciśnienie i temperatura, system może mieć różne fazy stałe.

Na przykład związek X, stały w temperaturze pokojowej, ma fazę I; ale gdy ciśnienie, które na nią spada, jest bardzo wysokie, jego cząsteczki układają się bardziej zwarte, a następnie następuje przejście z fazy I do fazy stałej II.

Istnieją nawet inne fazy, takie jak III i IV, które pochodzą z II w różnych temperaturach. Tak więc, homogeniczny system materiałów X pozornej fazy stałej może uzyskać do czterech faz stałych: I, II, III i IV.

W przypadku układów ciekłych i gazowych, na ogół cząsteczki mogą przyjąć tylko jedną fazę w tych stanach materii. Innymi słowy, może nie być fazy gazowej I i drugiej II.

Schemat fazowy

Istnieje wiele diagramów fazowych: niektóre dla pojedynczego związku lub substancji (jak na powyższym obrazku), a inne dla układów podwójnych (na przykład sól w wodzie) lub układów trójskładnikowych (trzy składniki).

Najbardziej „prostym” ze wszystkich jest diagram fazowy substancji. Zatem dla hipotetycznej substancji Y jej faza jest reprezentowana jako funkcja ciśnienia (oś y) i temperatury (oś x).

Przy niskich ciśnieniach jest to gaz, niezależnie od jego temperatury. Jednak przez zwiększenie ciśnienia Y gazy osadzają się w stanie stałym Y.

Jednak w temperaturach powyżej punktu krytycznego gaz Y skrapla się w cieczy Y, a jeśli ciśnienie wzrasta (pionowo wzrasta na wykresie), ciecz zestala się.

Każda linia reprezentuje równowagę między dwoma fazami, które dzielą: gaz stały, ciecz-gaz, ciało stałe-ciecz, ciecz-ciało stałe i ciało stałe-ciecz-gaz w punkcie potrójnym.

Dodatkowo, z punktu krytycznego Y nie jest pokazane fizyczne rozróżnienie między fazą gazową a fazą ciekłą: tworzy ona tak zwany płyn nadkrytyczny.

Przykłady

- Kula ziemska jest systemem materialnym, ponieważ jej zawartość jest gazowa, a zatem ma charakter chemiczny; Jeśli gaz jest mniej gęsty niż powietrze, balon wzniesie się do nieba.

- Układ podwójny woda-olej ma dwie fazy: jedną dla wody i drugą logicznie dla oleju. Zestaw obu jest systemem heterogenicznym, a poszczególne warstwy są systemami jednorodnymi. Jeśli chcesz wydobyć olej, musisz przeprowadzić ekstrakcję ciecz-ciecz z organicznym i lotnym rozpuszczalnikiem.

- System ciało stałe-ciało stałe może składać się z mieszaniny białego cukru i brązowego cukru. Tutaj różnica koloru między kryształami sprawia, że ​​ten przypadek jest układem heterogenicznym.

- Woda morska jest kolejnym przykładem jednorodnego systemu materiałowego. Składa się z rozpuszczenia wielu jonów, które odpowiadają za jego charakterystyczny słony smak. Gdyby próbkę wody morskiej poddano odparowaniu w pojemniku, osiadłaby w tej białej soli.