Systemmaterialien Klassifizierung, Phasen und Beispiele

Die Materialsysteme sie sind alle diejenigen, die aus Materie bestehen und die vom Rest des Universums isoliert sind, um studiert zu werden. Materie ist überall und gibt den Wahrnehmungen des täglichen Lebens Form und echten Sinn, aber wenn du einen Teil der Materie studieren willst, verachtest du ihre Umgebung und sprichst von einem materiellen System.

Sie sind sehr variabel, da es reine und zusammengesetzte Materialien sowie verschiedene Zustände und Aggregationsphasen gibt. Wie definiert man die Grenze zwischen dem materiellen System und seiner Umgebung? Alles hängt von den Variablen ab, die berücksichtigt werden. Zum Beispiel könnte im unteren Bild jeder Süßwarenmarmor das untersuchte System sein.

Wenn man jedoch die variable Farbe in Betracht ziehen möchte, ist es notwendig, alle Murmeln der Ausgabevorrichtung in Betracht zu ziehen. Da die Maschine nicht von Interesse ist, ist dies die Umgebung der Murmeln. So wird das materielle System des Beispiels zur Masse der Murmeln und ihrer Eigenschaften (sei es Kaugummi, Minze usw.).

Chemisch sind die Materialsysteme jedoch definiert als jede reine Substanz oder Mischung davon, klassifiziert nach ihren physikalischen Aspekten.

Index

• 1 Klassifizierung
  • 1.1 Homogenes Materialsystem
  • 1.2 Heterogenes Materialsystem
• 2 Phasen
  • 2.1 Phasendiagramm
• 3 Beispiele
• 4 Referenzen

Klassifizierung

Homogenes Materialsystem

Das untersuchte Material kann ein einheitliches Erscheinungsbild aufweisen, bei dem seine Eigenschaften unabhängig von der zu analysierenden Probe konstant bleiben. Mit anderen Worten: Ein solches System zeichnet sich dadurch aus, dass es auf den ersten Blick eine einzige Materiephase gibt.

Substanz und reine Verbindungen

Wenn eine reine Substanz analysiert wird, dann wird festgestellt werden, dass die physikalisch-chemischen Eigenschaften in den gleichen Werten und Ergebnissen übereinstimmen, selbst wenn viele Proben genommen werden (und in verschiedenen geographischen Gebieten).

Wenn beispielsweise eine Calciumprobe mit einer aus Asien, Europa, Afrika und Amerika verglichen würde, hätten sie alle die gleichen Eigenschaften. Das gleiche würde passieren, wenn eine Probe reiner Kohle entnommen würde.

Auf der anderen Seite zeigt eine reine Verbindung auch das oben Erwähnte. Wenn eine Tafel garantiert aus nur einem Material bestehen würde, würde sie als homogenes Materialsystem klassifiziert werden.

Dies tritt jedoch bei einer Mineralprobe nicht auf, da sie im Allgemeinen Verunreinigungen aus anderen assoziierten Mineralien enthält und in diesem Fall ein heterogenes Materialsystem ist. Auch diese materiellen Systeme wie Bäume, Steine, Berge oder Flüsse fallen in diese letztere Klassifizierung.

Auflösung

Handelsüblicher Essig ist eine wässrige Lösung von 5% Essigsäure; das heißt, dass sich 5 ml reine Essigsäure in 100 ml Wasser lösen. Sein Aussehen ist jedoch eine transparente Flüssigkeit, obwohl in Wirklichkeit zwei reine Verbindungen (Wasser und Essigsäure) kombiniert sind.

Heterogenes Materialsystem

Im Gegensatz zum Homogenen sind in dieser Art von System weder das Aussehen noch die Eigenschaften konstant, während ihrer Ausdehnung unregelmäßig.

Darüber hinaus kann es physikalischen oder chemischen Trenntechniken unterzogen werden, aus denen Phasen extrahiert werden, von denen jede als ein homogenes System betrachtet wird.

Phasen

Im Bild oben sind die Zustände der Materie und ihre Veränderungen dargestellt. Diese sind eng mit den Phasen der Materie verbunden, da sie, obwohl sie gleich sind, einige feine Unterschiede aufweisen.

Die Phasen eines Stoffsystems sind also der Feststoff, die Flüssigkeit und das Gas. Das heißt, für ein bestimmtes zu analysierendes Thema kann dies eine der vorherigen Phasen übernehmen.

Da jedoch die Wechselwirkungen in den Feststoffen sehr stark sind und diese von Variablen wie Druck und Temperatur abhängen, kann ein System unterschiedliche Festphasen aufweisen oder nicht.

Zum Beispiel hat Verbindung X, die bei Raumtemperatur fest ist, eine Phase I; wenn aber der Druck, der auf ihn fällt, sehr hoch ist, ordnen sich seine Moleküle kompakter an, und dann findet ein Übergang von Phase I zu fester Phase II statt.

Es gibt sogar andere Phasen, wie III und IV, die von II bei verschiedenen Temperaturen stammen. So kann das homogene Materialsystem von X einer scheinbaren festen Phase bis zu vier feste Phasen annehmen: I, II, III und IV.

Bei flüssigen und gasförmigen Systemen können Moleküle in diesen Aggregatzuständen meist nur eine einzige Phase annehmen. Mit anderen Worten, es gibt möglicherweise keine Gasphase I und keine andere II.

Phasendiagramm

Es gibt viele Phasendiagramme: einige für eine einzelne Verbindung oder Substanz (wie die im Bild oben) und andere für binäre Systeme (z. B. ein Salz in Wasser) oder ternäre Systeme (drei Komponenten).

Das "Einfachste" von allen ist das Phasendiagramm für eine Substanz. Somit wird für die hypothetische Substanz Y ihre Phase als eine Funktion von Druck (Y-Achse) und Temperatur (X-Achse) dargestellt.

Bei niedrigen Drücken ist es ein Gas, egal welche Temperatur es hat. Durch Erhöhen des Drucks Y wird jedoch Gas in Feststoff Y abgeschieden.

Bei Temperaturen oberhalb des kritischen Punktes und Gas kondensiert in der Flüssigkeit Y, und wenn der Druck erhöht wird (vertikal steigt durch das Diagramm), erstarrt die Flüssigkeit.

Jede Linie stellt das Gleichgewicht zwischen den zwei Phasen dar, die sich trennen: Festgas, Flüssiggas, Fest-Flüssig, Flüssig-Fest und Fest-Flüssig-Gas am Tripelpunkt.

Zusätzlich wird vom kritischen Punkt Y aus keine physikalische Unterscheidung zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase gezeigt: sie bildet das sogenannte überkritische Fluid.

Beispiele

- Ein Globus ist ein materielles System, da sein Inhalt gasförmig ist und daher chemischer Natur ist; Wenn das Gas weniger dicht ist als Luft, wird der Ballon in den Himmel steigen.

- Das Wasser-Öl-Binärsystem hat zwei Phasen: eine für Wasser und eine andere für Öl. Die Menge von beiden ist das heterogene System, während die einzelnen Schichten homogene Systeme sind. Wenn Sie das Öl extrahieren möchten, müssen Sie eine Flüssig-Flüssig-Extraktion mit einem organischen und flüchtigen Lösungsmittel durchführen.

- Ein fest-festes System kann aus einer Mischung von weißem Zucker und braunem Zucker bestehen. Hier macht der Farbunterschied zwischen den Kristallen diesen Fall zu einem heterogenen System.

- Meerwasser ist ein weiteres Beispiel für ein homogenes Stoffsystem. Es besteht aus einer Auflösung vieler Ionen, die für seinen charakteristischen salzigen Geschmack verantwortlich sind. Wenn eine Probe Meerwasser in einem Behälter verdampft werden würde, würde es in diesem weißen Salz absetzen.

Referenzen

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