HỆ THỐNG KHÔNG ĐỒNG NHẤT: ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP - HÓA HỌC - 2026

Một hệ thống không đồng nhất là một phần của vũ trụ chiếm bởi các nguyên tử, phân tử hoặc ion, theo cách như vậy mà chúng tạo thành hai hoặc phân biệt nhiều giai đoạn. Bởi "một phần của vũ trụ" được hiểu là một giọt nước, một quả bóng, lò phản ứng, đá; và theo pha, đến trạng thái hoặc chế độ tập hợp, cho dù rắn, lỏng hay khí.

Tính không đồng nhất của một hệ thống thay đổi theo định nghĩa của nó từ lĩnh vực kiến ​​thức này sang lĩnh vực kiến ​​thức khác. Tuy nhiên, khái niệm này có nhiều điểm tương đồng trong nấu ăn và hóa học.

Nguồn: Pexels

Ví dụ, một chiếc bánh pizza với bề mặt chứa đầy các thành phần, giống như trong hình trên, là một hệ thống không đồng nhất. Tương tự, salad, hỗn hợp các loại hạt và ngũ cốc, hoặc đồ uống có ga cũng được coi là các hệ thống không đồng nhất.

Lưu ý rằng các phần tử của nó có thể nhìn thấy ngay từ cái nhìn đầu tiên và có thể được tách theo cách thủ công. Còn mayonnaise thì sao? Hay sữa? Thoạt nhìn chúng là đồng nhất, nhưng xét về mặt vi thể chúng là những hệ không đồng nhất; cụ thể hơn, chúng là nhũ tương.

Trong hóa học, các thành phần bao gồm thuốc thử, các hạt hoặc một chất đang được nghiên cứu. Các pha không gì khác hơn là tập hợp vật chất của các hạt đã nói, cung cấp tất cả các phẩm chất đặc trưng cho các pha. Do đó, pha lỏng của rượu "cư xử" khác với pha của nước, và thậm chí còn hơn thế nữa, so với pha lỏng của thủy ngân.

Trong một số hệ thống nhất định, các pha được nhận biết như một dung dịch đường bão hòa, với các tinh thể ở nền. Bản thân mỗi loại có thể được phân loại là đồng nhất: bên trên là pha được tạo thành bởi nước và bên dưới là pha rắn bao gồm các tinh thể đường.

Trong trường hợp của hệ nước-đường, chúng ta không nói đến một phản ứng, mà nói đến sự bão hòa. Trong các hệ thống khác, sự biến đổi của vật chất có mặt. Một ví dụ đơn giản là hỗn hợp của một kim loại kiềm, chẳng hạn như natri và nước; Nó gây nổ, nhưng lúc đầu, mảnh natri kim loại được bao quanh bởi nước.

Cũng như với mayonnaise, có những hệ thống không đồng nhất trong hóa học mà theo phương pháp vĩ mô sẽ chuyển sang trạng thái đồng nhất, nhưng dưới ánh sáng của kính hiển vi mạnh, các pha không đồng nhất thực sự của chúng tỏa sáng.

Đặc điểm của hệ thống không đồng nhất

Các đặc điểm của một hệ thống hóa học không đồng nhất là gì? Nói chung, chúng có thể được liệt kê như sau:

-Chúng bao gồm hai hoặc nhiều pha; nói cách khác, nó không đồng nhất.

- Nói chung, nó có thể bao gồm bất kỳ cặp pha nào sau đây: rắn-rắn, rắn-lỏng, rắn-khí, lỏng-lỏng, lỏng-khí; Hơn nữa, cả ba đều có thể có mặt trong cùng một hệ thống rắn-lỏng-khí.

-Các thành phần và pha của nó có thể phân biệt được, trong trường hợp đầu tiên, bằng mắt thường. Do đó, chỉ cần quan sát hệ thống để rút ra kết luận từ các đặc điểm của nó là đủ; chẳng hạn như màu sắc, độ nhớt, kích thước và hình dạng của tinh thể, mùi, v.v.

- Nó thường liên quan đến cân bằng nhiệt động lực học, hoặc ái lực cao hay thấp giữa các hạt trong một pha hoặc giữa hai pha khác nhau.

-Các tính chất lý hóa thay đổi tùy theo vùng hoặc hướng của hệ. Vì vậy, các giá trị, ví dụ, điểm nóng chảy, có thể nằm trong khoảng từ vùng này của chất rắn không đồng nhất đến vùng khác. Ngoài ra (trường hợp phổ biến nhất) màu sắc hoặc sắc độ thay đổi trong suốt chất rắn (lỏng hoặc khí) khi chúng được so sánh với nhau.

-Chúng là hỗn hợp của các chất; nghĩa là nó không áp dụng cho các chất tinh khiết.

Mức độ quan sát

Bất kỳ hệ thống đồng nhất nào cũng có thể được coi là không đồng nhất nếu các thang đo hoặc mức độ quan sát được sửa đổi. Ví dụ, một carafe chứa đầy nước tinh khiết là một hệ thống đồng nhất, nhưng khi các phân tử của nó được quan sát, có hàng triệu trong số chúng với vận tốc riêng của chúng.

Từ quan điểm phân tử, hệ thống tiếp tục đồng nhất vì nó chỉ là các phân tử H ₂ O. Nhưng, bằng cách giảm thêm quy mô quan sát đến mức nguyên tử, nước trở nên không đồng nhất, vì nó không bao gồm một loại nguyên tử nhưng hydro và oxy.

Do đó, các đặc tính của hệ hóa học không đồng nhất phụ thuộc vào mức độ quan sát. Nếu bạn xem xét quy mô vi mô, bạn có thể bắt gặp các hệ thống đa diện.

Một chất rắn A, dường như đồng nhất và có màu bạc, có thể bao gồm nhiều lớp kim loại khác nhau (ABCDAB…) và do đó không đồng nhất. Do đó, A là đồng nhất về mặt vĩ mô, nhưng không đồng nhất ở cấp vi mô (hoặc nano).

Tương tự như vậy, các nguyên tử giống nhau là các hệ không đồng nhất, vì chúng được tạo bởi chân không, các electron, proton, neutron và các hạt hạ nguyên tử khác (chẳng hạn như quark).

Phân loại

Sau đó, xem xét mức độ quan sát vĩ mô, xác định các đặc tính nhìn thấy được hoặc một tính chất đo lường được, các hệ thống hóa học không đồng nhất có thể được phân loại theo những cách sau:

Dung dịch bão hòa (lỏng-lỏng, lỏng-rắn, lỏng-khí)

Dung dịch bão hòa là một loại hệ thống dị thể hóa học trong đó chất tan không thể tiếp tục hòa tan và tạo thành một pha tách biệt với pha của dung môi. Ví dụ về nước và tinh thể đường thuộc phân loại này.

Các phân tử dung môi đạt đến điểm mà chúng không thể chứa hoặc hòa tan chất tan. Sau đó, chất tan bổ sung, ở thể rắn hoặc thể khí, sẽ nhanh chóng tập hợp lại để tạo thành chất rắn hoặc bong bóng; nghĩa là, một hệ thống lỏng-rắn hoặc lỏng-khí.

Chất tan cũng có thể là chất lỏng, có thể trộn lẫn với dung môi đến một nồng độ nhất định; nếu không chúng sẽ có thể trộn lẫn ở mọi nồng độ và sẽ không tạo thành dung dịch bão hòa. Bằng cách trộn lẫn, người ta hiểu rằng hỗn hợp của hai chất lỏng tạo thành một pha đồng nhất.

Mặt khác, nếu chất tan lỏng không hòa tan được với dung môi, như trường hợp hỗn hợp dầu và nước, thì lượng nhỏ nhất được thêm vào dung dịch trở nên bão hòa. Kết quả là, hai pha được hình thành: một dạng nước và một dạng dầu.

Dung dịch có muối kết tủa

Một số muối thiết lập sự cân bằng về độ hòa tan, do thực tế là tương tác giữa các ion của chúng rất mạnh và chúng tập hợp lại thành các tinh thể mà nước không thể phân ly.

Loại hệ thống dị thể này cũng bao gồm một pha lỏng và một pha rắn; Nhưng, không giống như các dung dịch bão hòa, chất tan là một muối không cần một lượng lớn để kết tủa.

Ví dụ, trộn hai dung dịch nước của các muối không no, một là NaCl và một của AgNO ₃ , tạo ra muối không tan AgCl. Bạc clorua thiết lập cân bằng độ hòa tan trong dung môi, với chất rắn có màu trắng nhạt được quan sát thấy trong bình chứa nước.

Như vậy, đặc điểm của các dung dịch này phụ thuộc vào dạng kết tủa tạo thành. Nói chung, các muối crom có ​​rất nhiều màu sắc, cũng như các muối của mangan, sắt, hoặc một số phức kim loại. Kết tủa này có thể là chất rắn kết tinh, vô định hình hoặc sền sệt.

Chuyển pha

Một khối băng có thể tạo thành một hệ thống đồng nhất, nhưng khi tan chảy, nó tạo thành một pha bổ sung của nước lỏng. Do đó, các chuyển pha của một chất cũng là những hệ không đồng nhất.

Ngoài ra, một số phân tử có thể thoát ra khỏi bề mặt của băng vào pha hơi. Điều này là do thực tế là không chỉ nước lỏng có áp suất hơi, mà còn cả nước đá, mặc dù ở mức độ thấp hơn.

Hệ thống không đồng nhất của quá trình chuyển pha áp dụng cho bất kỳ chất nào (tinh khiết hoặc không tinh khiết). Do đó, tất cả các chất rắn nóng chảy hoặc chất lỏng bay hơi đều thuộc loại hệ này.

Chất rắn và khí

Một loại hệ dị thể rất phổ biến trong hóa học là chất rắn hoặc chất khí với các thành phần khác nhau. Ví dụ, bánh pizza trong hình ảnh thuộc phân loại này. Và nếu thay vì pho mát, ớt bột, cá cơm, giăm bông, hành tây, v.v., nó có lưu huỳnh, than, phốt pho và đồng, thì sẽ có một chất rắn không đồng nhất khác.

Lưu huỳnh nổi bật với màu vàng; than đá là chất rắn màu đen; phốt pho có màu đỏ; và kim loại đồng sáng bóng. Tất cả đều là chất rắn, do đó, hệ thống bao gồm một pha nhưng với một số thành phần. Trong cuộc sống hàng ngày, các ví dụ về loại hệ thống này là không thể tính được.

Ngoài ra, các chất khí có thể tạo thành hỗn hợp không đồng nhất, đặc biệt nếu chúng có màu sắc hoặc mật độ khác nhau. Chúng có thể mang các hạt rất nhỏ, như xảy ra với nước bên trong các đám mây. Khi phát triển về kích thước, chúng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy được và kết quả là những đám mây chuyển sang màu xám.

Một ví dụ về hệ thống khí rắn không đồng nhất là khói, được tạo thành từ các hạt cacbon rất nhỏ. Vì lý do này, khói từ quá trình đốt cháy không hoàn toàn có màu đen.

Phương pháp phân đoạn

Các pha hoặc thành phần của một hệ không đồng nhất có thể được tách ra bằng cách tận dụng sự khác biệt về tính chất vật lý hoặc hóa học của chúng. Bằng cách này, hệ thống ban đầu được phân đoạn cho đến khi chỉ còn lại các pha đồng nhất. Một số phương pháp phổ biến hơn như sau.

Lọc

Lọc được sử dụng để tách chất rắn hoặc kết tủa khỏi chất lỏng. Do đó, hai pha quản lý để tách biệt, mặc dù với một mức độ tạp chất nhất định. Vì lý do này, chất rắn thường được rửa sạch và sau đó được làm khô trong tủ sấy. Quy trình này có thể được thực hiện bằng cách tạo chân không hoặc đơn giản là bằng trọng lực.

Chắt

Phương pháp này cũng hữu ích để tách chất rắn khỏi chất lỏng. Nó hơi khác so với trước đó, ở chỗ chất rắn thường có độ đặc chắc và hoàn toàn lắng xuống dưới đáy của vật chứa. Để thực hiện, bạn chỉ cần nghiêng miệng bình chứa một góc thích hợp để chất lỏng chảy ra khỏi bình.

Tương tự, quá trình gạn lọc cho phép tách hai chất lỏng, tức là hệ chất lỏng - chất lỏng. Trong trường hợp này, một phễu phân tách được sử dụng.

Hỗn hợp hai pha (hai chất lỏng không pha trộn) được chuyển đến phễu, và chất lỏng có tỷ trọng thấp hơn sẽ nằm ở trên cùng; trong khi phần có mật độ cao nhất, ở phần dưới, tiếp xúc với lỗ thoát.

Nguồn: Pixabay

Hình ảnh trên đại diện cho một phễu tách hoặc phân tách. Dụng cụ thủy tinh này cũng được sử dụng để chiết chất lỏng-lỏng; nghĩa là, để chiết xuất một chất tan từ chất lỏng ban đầu bằng cách thêm vào một chất lỏng khác, trong đó nó còn dễ hòa tan hơn.

Sàng lọc

Sàng được sử dụng để tách các thành phần rắn có kích thước khác nhau. Rất phổ biến người ta thường tìm thấy một cái rây hoặc rây bên trong nhà bếp để làm sạch ngũ cốc, lọc sạch bột mì, hoặc loại bỏ cặn rắn từ nước ép đặc. Trong hóa học, nó có thể được sử dụng để tách các tinh thể nhỏ khỏi các tinh thể lớn hơn.

Từ hóa

Phương pháp này được sử dụng cho các hệ thống rắn - rắn trong đó một hoặc nhiều thành phần bị nam châm hút. Do đó, pha không đồng nhất ban đầu được làm sạch khi nam châm loại bỏ các phần tử sắt từ. Ví dụ, từ hóa được sử dụng để tách sắt tây ra khỏi thùng rác.

Ly tâm

Ly tâm tách chất rắn lơ lửng khỏi chất lỏng. Nó không thể được lọc bởi vì các hạt bơi đồng đều chiếm toàn bộ thể tích của chất lỏng. Để tách hai pha, một lượng hỗn hợp không đồng nhất chịu tác dụng của lực ly tâm, lực này làm lắng chất rắn ở đáy ống ly tâm.

Thăng hoa

Phương pháp tách thăng hoa chỉ được áp dụng cho chất rắn dễ bay hơi; nghĩa là đối với những chất có áp suất hơi cao ở nhiệt độ thấp.

Khi đun nóng hỗn hợp dị thể, chất rắn bay hơi thoát ra thành pha khí. Một ví dụ về ứng dụng của nó là làm sạch mẫu bị nhiễm iốt hoặc amoni clorua.

Ví dụ

Cho đến nay, một số ví dụ về hệ thống hóa học không đồng nhất đã được đề cập. Để bổ sung chúng, những chất bổ sung được liệt kê bên dưới và những chất khác nằm ngoài bối cảnh hóa học:

- Đá granit, đá sông, núi, hoặc bất kỳ loại đá nào có vân nhiều màu.

-Kim học cũng được coi là hệ không đồng nhất, vì chúng được tạo thành từ nhiều loại cấu trúc rắn khác nhau bao gồm các ion. Chất lượng của nó là sản phẩm của sự tương tác giữa các ion có cấu trúc tinh thể và các tạp chất.

- Nước ngọt. Trong chúng có trạng thái cân bằng lỏng-khí, khi giảm áp suất bên ngoài, khả năng hòa tan của khí hòa tan giảm; vì lý do này, nhiều bọt (chất tan ở thể khí) được quan sát thấy nổi lên trên bề mặt chất lỏng khi mở nắp.

- Bất kỳ môi trường phản ứng nào bao gồm thuốc thử ở các pha khác nhau, và môi trường đó cũng yêu cầu máy khuấy từ để đảm bảo tốc độ phản ứng cao hơn.

-Các chất xúc tác dị thể. Các chất rắn này cung cấp các vị trí trên bề mặt hoặc lỗ rỗng của chúng, nơi tiếp xúc giữa các chất phản ứng được tăng tốc và chúng không can thiệp hoặc trải qua sự biến đổi không thể đảo ngược trong phản ứng.

-Một bức tường phù điêu, bức tường khảm hoặc thiết kế kiến ​​trúc của một tòa nhà.

- Gelatin nhiều lớp với nhiều hương vị.

-Một khối Rubik.

Người giới thiệu

1. Trạng thái cân bằng trong các hệ không đồng nhất. Khôi phục từ: science.uwaterloo.ca
2. Fernández G. (ngày 7 tháng 11 năm 2010). Hệ thống đồng nhất và không đồng nhất. Phục hồi từ: quimicafisica.com
3. Jill. (Ngày 7 tháng 6 năm 2006). Hệ thống đồng nhất và không đồng nhất. Phục hồi từ: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). Ví dụ về Hỗn hợp Không đồng nhất. Được khôi phục từ: example.yourdictionary.com
5. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. Trong Các yếu tố của nhóm 15. (ấn bản thứ tư). Đồi Mc Graw.
6. Wikipedia. (2018). Tính đồng nhất và tính không đồng nhất. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Hóa học vô cơ. Được khôi phục từ: books.google.com