MATERIAALSYSTEMEN: CLASSIFICATIE, FASEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026

De materiële systemen zijn systemen die zijn samengesteld uit materie en die geïsoleerd zijn van de rest van het te bestuderen universum. Materie is overal en geeft vorm en werkelijke betekenis aan de percepties van het dagelijks leven, maar als je een deel van de materie wilt bestuderen, negeer je de omgeving ervan en spreek je van een materieel systeem.

Ze zijn zeer variabel, omdat er pure en samengestelde materialen zijn, evenals verschillende toestanden en fasen van aggregaties. Hoe definieer je de grens tussen het materiaalsysteem en zijn omgeving? Het hangt allemaal af van de variabelen die worden overwogen. In de onderstaande afbeelding zou bijvoorbeeld elke snoepknikker het systeem kunnen zijn dat wordt bestudeerd.

Als u echter rekening moet houden met de kleurvariabele, moet u rekening houden met alle knikkers in de automaat. Omdat de machine niet interessant is, is dit de omgeving van de knikkers. Het materiële systeem van het voorbeeld wordt dus de massa van de knikkers en hun eigenschappen (of deze van gom, munt, enz.).

Chemisch gezien worden materiaalsystemen echter gedefinieerd als elke zuivere stof of een mengsel daarvan, geclassificeerd volgens hun fysieke aspecten.

Classificatie

Homogeen materiaalsysteem

De onderzochte materie kan een uniform uiterlijk vertonen, waarbij de eigenschappen constant blijven, ongeacht het monster dat wordt geanalyseerd. Met andere woorden: dit soort systeem wordt gekenmerkt door op het eerste gezicht maar één fase van materie te hebben.

Pure substantie en verbindingen

Als een zuivere stof wordt geanalyseerd, zal blijken dat de fysisch-chemische eigenschappen samenvallen in dezelfde waarden en resultaten, zelfs als er veel monsters worden genomen (en in verschillende geografische gebieden).

Als een calciummonster bijvoorbeeld wordt vergeleken met een monster uit Azië, Europa, Afrika en Amerika, hebben ze allemaal dezelfde eigenschappen. Hetzelfde zou gebeuren als er een monster van pure koolstof zou worden genomen.

Aan de andere kant manifesteert een zuivere verbinding ook het bovengenoemde. Als het gegarandeerd zou zijn dat een leisteen uit één materiaal is gemaakt, dan zou het worden geclassificeerd als een homogeen materiaalsysteem.

Dit gebeurt echter niet voor een mineraalmonster, omdat het in het algemeen onzuiverheden van andere geassocieerde mineralen herbergt, en in dit geval is het een heterogeen materiaalsysteem. Evenzo vallen die materiaalsystemen zoals bomen, stenen, bergen of rivieren in de laatste classificatie.

Ontbinding

Commerciële azijn is een 5% waterige oplossing van azijnzuur; dat wil zeggen, 5 ml zuiver azijnzuur wordt opgelost in 100 ml water. Het ziet er echter uit als een transparante vloeistof, ook al zijn het eigenlijk twee zuivere verbindingen (water en azijnzuur) gecombineerd.

Heterogeen materiaalsysteem

In tegenstelling tot de homogene, zijn in deze klasse van systemen noch het uiterlijk, noch de eigenschappen constant, omdat ze onregelmatig zijn tijdens de hele uitbreiding.

Bovendien kan het worden onderworpen aan fysische of chemische scheidingstechnieken, waaruit fasen worden gehaald die elk als een homogeen systeem worden beschouwd.

Fasen

De bovenste afbeelding toont de toestanden van materie en hun veranderingen. Deze zijn nauw verwant aan de fasen van materie, omdat ze, hoewel ze hetzelfde zijn, enkele subtiele verschillen hebben.

De fasen van een materiaalsysteem zijn dus de vaste stof, de vloeistof en het gas. Dat wil zeggen dat het voor bepaalde materie die aan analyse wordt onderworpen, een van de voorgaande fasen kan aannemen.

Omdat de interacties in vaste stoffen echter erg sterk zijn en afhankelijk zijn van variabelen zoals druk en temperatuur, kan een systeem al dan niet verschillende vaste fasen hebben.

Verbinding X, bijvoorbeeld vast bij kamertemperatuur, heeft fase I; maar wanneer de druk erop erg hoog is, herschikken de moleculen zich op een meer compacte manier, en dan vindt een overgang plaats van fase I naar vaste fase II.

Er zijn zelfs andere fasen, zoals III en IV, die bij verschillende temperaturen uit II voortkomen. Zo kan het homogene materiaalsysteem van X van een schijnbare vaste fase tot vier vaste fasen aannemen: I, II, III en IV.

In het geval van vloeibare en gasvormige systemen kunnen de moleculen in deze toestanden in het algemeen slechts een enkele fase aannemen. Met andere woorden, er is mogelijk geen gasfase I en een gasfase II.

Fase diagram

Er zijn veel fasediagrammen: sommige voor een enkele verbinding of stof (zoals die in de afbeelding hierboven), en andere voor binaire systemen (bijvoorbeeld een zout in water) of ternair (drie componenten).

De "eenvoudigste" van alles is het fasediagram voor een stof. Dus voor de hypothetische stof Y wordt de fase ervan weergegeven als een functie van druk (y-as) en temperatuur (x-as).

Bij lage drukken is het een gas, ongeacht de temperatuur. Bij het verhogen van de druk wordt Y-gas echter afgezet in vaste Y.

Bij temperaturen boven het kritische punt Y condenseert het gas echter tot vloeistof Y, en als de druk ook wordt verhoogd (men stijgt verticaal door het diagram), stolt de vloeistof.

Elke lijn vertegenwoordigt het evenwicht tussen de twee fasen die het scheidt: vast-gas, vloeistof-gas, vast-vloeistof, vloeistof-vast en vast-vloeibaar-gas op het tripelpunt.

Bovendien wordt vanaf het kritische punt Y geen fysiek onderscheid gemaakt tussen de gasfase en de vloeistoffase: het vormt een zogenaamde superkritische vloeistof.

Voorbeelden

- Een ballon is een materiaalsysteem, aangezien de inhoud gasvormig is en daarom chemisch van aard is; als het gas minder dicht is dan lucht, zal de ballon naar de lucht stijgen.

- Het binaire systeem water-olie kent twee fasen: een van water en de andere, logischerwijs, van olie. De set van beide is het heterogene systeem, terwijl de afzonderlijke lagen homogene systemen zijn. Als je de olie wilt extraheren, moet je een vloeistof-vloeistofextractie uitvoeren met een organisch en vluchtig oplosmiddel.

- Een vast-vast systeem kan bestaan ​​uit een mengsel van witte suiker en bruine suiker. Hier maakt het verschil in kleur tussen de kristallen dit geval een heterogeen systeem.

- Zeewater is een ander voorbeeld van een homogeen materiaalsysteem. Het bestaat uit het oplossen van vele ionen, die verantwoordelijk zijn voor de karakteristieke zoute smaak. Als een monster zeewater zou verdampen in een container, zou het bezinken in witte zouten.

Referenties

1. Een systeem en zijn omgeving. Opgehaald op 27 mei 2018, van: chem.libretexts.org
2. Antonio de Ulloa. Materiaalsystemen. . Opgehaald op 27 mei 2018, van: 2. educarchile.cl
3. Daniel J. Berger. (2001). Opgehaald op 27 mei 2018, van: bluffton.edu
4. Het systeem en de omgeving in de chemie. Opgehaald op 27 mei 2018, van: chemteam.info
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (6 februari 2018). Open systeemdefinitie in de chemie. Opgehaald op 27 mei 2018, van: thoughtco.com
6. Glen Research Center. Fasen van materie. Opgehaald op 27 mei 2018, van: grc.nasa.gov
7. Alison H. (15-09-2006). Ballonlancering. Opgehaald op 28 mei 2018, van: flickr.com