INHOMOGEEN SYSTEEM: KENMERKEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

Het inhomogene systeem is er een dat ondanks zijn schijnbare homogeniteit zijn eigenschappen op bepaalde locaties in de ruimte kunnen variëren. De samenstelling van lucht bijvoorbeeld, ook al is het een homogeen mengsel van gassen, verandert naargelang de hoogte.

Maar wat is een systeem? Een systeem wordt over het algemeen gedefinieerd als een reeks onderling verbonden elementen die als geheel functioneren. Hieraan kan ook worden toegevoegd dat de elementen samen interveniëren om een ​​specifieke functie te vervullen. Dit is het geval voor de spijsvertering, de bloedsomloop, het zenuwstelsel, het endocriene systeem, de nieren en de luchtwegen.

Bron: Pixabay

Een systeem kan echter zoiets eenvoudigs zijn als een glas water (bovenste afbeelding). Houd er rekening mee dat wanneer u een druppel inkt toevoegt, deze in zijn kleuren uiteenvalt en zich door het hele volume van het water verspreidt. Dit is ook een voorbeeld van een inhomogeen systeem.

Als het systeem bestaat uit een specifieke ruimte zonder precieze grenzen, zoals een fysiek object, dan wordt het een materieel systeem genoemd. Materie heeft een reeks eigenschappen zoals massa, volume, chemische samenstelling, dichtheid, kleur, enz.

Eigenschappen en toestanden van een systeem

De fysische eigenschappen van materie zijn onderverdeeld in uitgebreide eigenschappen en intensieve eigenschappen.

Uitgebreide eigendommen

Ze zijn afhankelijk van de grootte van het beschouwde monster, bijvoorbeeld de massa en het volume.

De intensieve eigenschappen

Dit zijn degenen die niet variëren met de grootte van de beschouwde steekproef. Deze eigenschappen omvatten temperatuur, dichtheid en concentratie.

Staten van het materiaal

Aan de andere kant hangt een systeem ook af van de fase of toestand waarin materie met deze eigenschappen verband houdt. Materie heeft dus drie fysieke toestanden: vast, gas en vloeistof.

Een materiaal kan een of meer fysieke toestanden hebben; dat is het geval van vloeibaar water in evenwicht met ijs, een vaste stof in suspensie.

Kenmerken van homogene, heterogene en inhomogene systemen

Homogeen systeem

Het homogene systeem wordt gekenmerkt door dezelfde chemische samenstelling en overal dezelfde intensieve eigenschappen. Het heeft een enkele fase die zich in een vaste toestand, een vloeibare toestand of een gasvormige toestand kan bevinden.

Voorbeelden van het homogene systeem zijn: zuiver water, alcohol, staal en suiker opgelost in water. Dit mengsel vormt een zogenaamde echte oplossing, gekenmerkt doordat de opgeloste stof een diameter heeft van minder dan 10 millimicras, stabiel is voor zwaartekracht en ultracentrifugatie.

-Heterogeen systeem

Het heterogene systeem presenteert verschillende waarden voor enkele van de intensieve eigenschappen op verschillende plaatsen in het beschouwde systeem. De locaties zijn gescheiden door oppervlakken met discontinuïteit, dit kunnen vliezige structuren of oppervlakken van de deeltjes zijn.

De grove verspreiding van kleideeltjes in water is een voorbeeld van een heterogeen systeem. De deeltjes lossen niet op in het water en blijven in suspensie zolang het systeem in beweging is.

Wanneer het roeren stopt, bezinken de kleideeltjes onder invloed van de zwaartekracht.

Evenzo is bloed een voorbeeld van een heterogeen systeem. Het bestaat uit plasma en een groep cellen, waaronder erytrocyten, gescheiden van plasma door hun plasmamembranen die functioneren als discontinuïteiten.

Plasma en het inwendige van erytrocyten hebben verschillen in de concentratie van bepaalde elementen zoals natrium, kalium, chloor, bicarbonaat, enz.

-Inhomogeen systeem

Het wordt gekenmerkt door verschillen tussen enkele van de intensieve eigenschappen in verschillende delen van het systeem, maar deze delen worden niet gescheiden door goed gedefinieerde discontinuïteitsoppervlakken.

Discontinuïteit komt aan de oppervlakte

Deze discontinuïteitsoppervlakken kunnen bijvoorbeeld de plasmamembranen zijn die het celinterieur scheiden van zijn omgeving of de weefsels die een orgaan bekleden.

Er wordt gezegd dat in een inhomogeen systeem de discontinuïteitsoppervlakken zelfs met ultramicroscopie niet zichtbaar zijn. De punten van het inhomogene systeem worden fundamenteel gescheiden door lucht en waterige oplossingen in biologische systemen.

Tussen twee punten van het inhomogene systeem kan er bijvoorbeeld een verschil zijn in de concentratie van een element of verbinding. Er kan ook een temperatuurverschil optreden tussen de punten.

Verspreiding van energie of materie

Onder de bovenstaande omstandigheden treedt een passieve stroom (die geen energieverbruik vereist) van materie of energie (warmte) op tussen de twee punten van het systeem. Daarom zal de warmte naar de koudere gebieden migreren en de materie naar de meer verdunde gebieden. Door deze diffusie nemen dus de verschillen in concentratie en temperatuur af.

Diffusie vindt plaats door het eenvoudige diffusiemechanisme. In dit geval hangt het fundamenteel af van het bestaan ​​van een concentratiegradiënt tussen twee punten, de afstand die ze scheidt en het gemak waarmee het medium tussen de punten kan worden overgestoken.

Om het concentratieverschil tussen de punten van het systeem te behouden, is een toevoer van energie of materie vereist, aangezien de concentraties op alle punten gelijk zouden zijn. Daarom zou het inhomogene systeem een ​​homogeen systeem worden.

Instabiliteit

Een kenmerk van het inhomogene systeem is de instabiliteit ervan, dus in veel gevallen heeft het een voeding nodig voor het onderhoud ervan.

Voorbeelden van inhomogene systemen

Een druppel inkt of kleurstof in water

Door een druppel kleurstof aan het wateroppervlak toe te voegen, zal de concentratie van de kleurstof aanvankelijk hoger zijn op het wateroppervlak.

Daarom is er een verschil in de concentratie van de kleurstof tussen het oppervlak van het glas water en de onderliggende vlekken. Bovendien is er geen oppervlak van discontinuïteit. Kortom, dit is een inhomogeen systeem.

Later, als gevolg van het bestaan ​​van een concentratiegradiënt, zal de kleurstof in de vloeistof diffunderen totdat de concentratie van de kleurstof in al het water in het glas gelijk is, waardoor het homogene systeem wordt gereproduceerd.

Water rimpelt

Bron: Pixabay

Wanneer een steen op het oppervlak van het water in een vijver wordt gegooid, treedt een verstoring op die zich voortplant in de vorm van concentrische golven vanaf de inslagplaats van de steen.

De steen geeft bij het inslaan van een aantal waterdeeltjes energie aan hen door. Daarom is er een energetisch verschil tussen de deeltjes die aanvankelijk in contact komen met de steen en de rest van de watermoleculen op het oppervlak.

Aangezien er in dit geval geen oppervlak van discontinuïteit is, is het waargenomen systeem inhomogeen. De energie die wordt geproduceerd door de impact van de steen verspreidt zich in een golfvorm over het wateroppervlak en bereikt de rest van de watermoleculen op het oppervlak.

Inspiratie

De inademingsfase van de ademhaling verloopt kort op de volgende manier: wanneer de inademingsspieren samentrekken, vooral het middenrif, is er een uitzetting van de ribbenkast. Dit resulteert in de neiging om het volume van de alveolus te vergroten.

Alveolaire uitzetting veroorzaakt een afname van de intraalveolaire luchtdruk, waardoor deze minder is dan de atmosferische luchtdruk. Hierdoor ontstaat een luchtstroom van de atmosfeer naar de longblaasjes, door de luchtkanalen.

Vervolgens is er aan het begin van de inademing een drukverschil tussen de neusgaten en de longblaasjes, naast het ontbreken van discontinuïteitsoppervlakken tussen de genoemde anatomische structuren. Daarom is het huidige systeem inhomogeen.

Vervaldatum

In de uitademingsfase treedt het tegenovergestelde fenomeen op. De intraalveolaire druk wordt hoger dan de atmosferische druk en lucht stroomt door de luchtkanalen, van de longblaasjes naar de atmosfeer, totdat de einduitademingsdrukken gelijk worden.

Dus aan het begin van de uitademing is er een drukverschil tussen twee punten, de longblaasjes en de neusgaten. Bovendien zijn er geen discontinuïteiten tussen de twee aangegeven anatomische structuren, dus dit is een inhomogeen systeem.

Referenties

1. Wikipedia. (2018). Materieel systeem. Overgenomen van: es.wikipedia.org
2. Martín V. Josa G. (29 februari 2012). Nationale Universiteit van Cordoba. Hersteld van: 2.famaf.unc.edu.ar
3. Scheikunde lessen. (2008). Fysische chemie. Genomen uit: clasesdquimica.wordpress.com
4. Jiménez Vargas, J. en Macarulla, JM Fisicoquímica Fisiológica. 1984. Zesde editie. Redactionele Interamericana.
5. Ganong, WF Review of Medical Physiology. 2003 eenentwintigste editie. McGraw-Hill Companies, inc.