SISTEMA ETEROGENEO: CARATTERISTICHE, CLASSIFICAZIONE E METODI - CHIMICA - 2026

Un sistema eterogeneo è quella porzione di universo occupata da atomi, molecole o ioni, in modo tale da formare due o più fasi distinguibili. Per "porzione dell'universo" si intende una goccia, una palla, il reattore, delle rocce; e per fase, a uno stato o modo di aggregazione, solido, liquido o gassoso.

L'eterogeneità di un sistema varia dalla sua definizione da un campo di conoscenza all'altro. Tuttavia, questo concetto condivide molte somiglianze all'interno della cucina e della chimica.

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Ad esempio, una pizza con la sua superficie ricca di ingredienti, come quella nell'immagine sopra, è un sistema eterogeneo. Allo stesso modo, anche l'insalata, un mix di noci e cereali o una bevanda gassata contano come sistemi eterogenei.

Si noti che i suoi elementi sono visibili a prima vista e possono essere separati manualmente. E la maionese? O latte? A prima vista sono omogenei, ma microscopicamente sono sistemi eterogenei; più specificamente, sono emulsioni.

In chimica, gli ingredienti sono costituiti da reagenti, particelle o una sostanza in studio. Le fasi non sono altro che aggregati fisici di dette particelle, che forniscono tutte le qualità che caratterizzano le fasi. Quindi, la fase liquida dell'alcol "si comporta" diversamente da quella dell'acqua, e ancor più da quella del mercurio liquido.

In alcuni sistemi, le fasi sono riconoscibili come una soluzione zuccherina satura, con cristalli sullo sfondo. Ciascuno di per sé può essere classificato come omogeneo: sopra una fase formata da acqua, e sotto, una fase solida composta da cristalli di zucchero.

Nel caso del sistema acqua-zucchero non si parla di reazione, ma di saturazione. In altri sistemi è presente la trasformazione della materia. Un semplice esempio è la miscela di un metallo alcalino, come il sodio, e l'acqua; È esplosivo, ma all'inizio il pezzo di sodio metallico è circondato dall'acqua.

Come con la maionese, ci sono sistemi eterogenei all'interno della chimica che macroscopicamente passano per omogenei, ma alla luce di un potente microscopio, le loro vere fasi eterogenee brillano.

Caratteristiche del sistema eterogeneo

Quali sono le caratteristiche di un sistema chimico eterogeneo? In termini generali possono essere elencati come segue:

-Sono composti da due o più fasi; in altre parole, non è uniforme.

-Può consistere, in generale, di una qualsiasi delle seguenti coppie di fasi: solido-solido, solido-liquido, solido-gas, liquido-liquido, liquido-gas; Inoltre, tutti e tre possono essere presenti nello stesso sistema solido-liquido-gas.

-I suoi componenti e fasi sono distinguibili, in primo luogo, ad occhio nudo. Pertanto, è sufficiente osservare il sistema per trarre conclusioni dalle sue caratteristiche; come colore, viscosità, dimensione e forma dei cristalli, odore, ecc.

-In genere comporta un equilibrio termodinamico, o un'affinità alta o bassa tra le particelle all'interno di una fase o tra due fasi differenti.

-Le proprietà fisico-chimiche variano a seconda della regione o della direzione del sistema. Pertanto, i valori per, ad esempio, il punto di fusione, possono variare da una regione di un solido eterogeneo a un'altra. Inoltre (il caso più comune) i colori o le tonalità cambiano in tutto il solido (liquido o gas) mentre vengono confrontati.

-Sono miscele di sostanze; cioè, non si applica alle sostanze pure.

Grado di osservazione

Qualsiasi sistema omogeneo può essere considerato eterogeneo se si modificano le scale oi gradi di osservazione. Ad esempio, una caraffa piena di acqua pura è un sistema omogeneo, ma man mano che si osservano le sue molecole, ce ne sono milioni con le proprie velocità.

Dal punto di vista molecolare, il sistema continua ad essere omogeneo perché è solo H ₂ O molecole . Tuttavia, riducendo ulteriormente la scala di osservazione a livello atomico, l'acqua diventa eterogenea, poiché non consiste di un singolo tipo di atomo ma idrogeno e ossigeno.

Pertanto, le caratteristiche dei sistemi chimici eterogenei dipendono dal grado di osservazione. Se consideri la scala microscopica, potresti imbatterti in sistemi sfaccettati.

Una A solida, apparentemente omogenea e di colore argento, potrebbe essere costituita da più strati di metalli diversi (ABCDAB…) e quindi essere eterogenea. Pertanto, A è macroscopicamente omogeneo, ma eterogeneo a livello micro (o nano).

Allo stesso modo, gli stessi atomi sono sistemi eterogenei, poiché sono costituiti da vuoto, elettroni, protoni, neutroni e altre particelle subatomiche (come i quark).

Classificazione

Considerando quindi un grado di osservazione macroscopico, che definisce le caratteristiche visibili o una proprietà misurabile, i sistemi chimici eterogenei possono essere classificati nei seguenti modi:

Soluzioni sature (liquido-liquido, liquido-solido, liquido-gas)

Le soluzioni sature sono un tipo di sistema chimico eterogeneo in cui il soluto non può continuare a dissolversi e forma una fase separata da quella del solvente. L'esempio di cristalli di acqua e zucchero rientra in questa classificazione.

Le molecole di solvente raggiungono un punto in cui non possono accogliere o solvatare il soluto. Quindi il soluto aggiuntivo, solido o gassoso, si raggrupperà rapidamente per formare un solido o bolle; cioè un sistema liquido-solido o liquido-gas.

Il soluto può anche essere un liquido, miscibile con il solvente fino a una certa concentrazione; altrimenti sarebbero miscibili a tutte le concentrazioni e non formerebbero una soluzione satura. Per miscibile si intende che la miscela dei due liquidi forma un'unica fase uniforme.

Se, d'altra parte, il soluto liquido è immiscibile con il solvente, come nel caso della miscela di olio e acqua, la minima quantità aggiunta la soluzione diventa satura. Di conseguenza, si formano due fasi: una acquosa e l'altra oleosa.

Soluzioni con sali precipitati

Alcuni sali stabiliscono un equilibrio di solubilità, dovuto al fatto che le interazioni tra i loro ioni sono molto forti e si raggruppano in cristalli che l'acqua non può dissociare.

Questo tipo di sistema eterogeneo è costituito anche da una fase liquida e da una fase solida; Ma, a differenza delle soluzioni sature, il soluto è un sale che non richiede grandi quantità per precipitare.

Ad esempio, mescolando due soluzioni acquose di sali insaturi, una di NaCl e l'altra di AgNO ₃ , precipita il sale insolubile AgCl. Il cloruro d'argento stabilisce un equilibrio di solubilità nel solvente, con un solido biancastro che si osserva nel contenitore acquoso.

Pertanto, le caratteristiche di queste soluzioni dipendono dal tipo di precipitato formato. In generale, i sali di cromo sono molto colorati, così come quelli di manganese, ferro o qualche complesso metallico. Questo precipitato può essere un solido cristallino, amorfo o gelatinoso.

Transizioni di fase

Un blocco di ghiaccio può costituire un sistema omogeneo, ma quando si scioglie forma una fase aggiuntiva di acqua liquida. Pertanto, anche le transizioni di fase di una sostanza sono sistemi eterogenei.

Inoltre, alcune molecole possono fuoriuscire dalla superficie del ghiaccio nella fase vapore. Ciò è dovuto al fatto che non solo l'acqua liquida ha la pressione del vapore, ma anche il ghiaccio, anche se in misura minore.

Sistemi eterogenei di transizioni di fase si applicano a qualsiasi sostanza (pura o impura). Pertanto, tutti i solidi che si sciolgono, o il liquido che evapora, appartengono a questo tipo di sistema.

Solidi e gas

Una classe molto comune di sistemi eterogenei in chimica sono i solidi o i gas con vari componenti. Ad esempio, la pizza nell'immagine rientra in questa classificazione. E se invece di formaggio, paprika, acciughe, prosciutto, cipolle, ecc., Avesse zolfo, carbone, fosforo e rame, allora ci sarebbe un altro solido eterogeneo.

Lo zolfo si distingue per il suo colore giallo; carbone per essere un solido nero; il fosforo è rosso; e rame lucido e metallico. Tutti sono solidi, quindi, il sistema è costituito da una fase ma con più componenti. Nella vita di tutti i giorni gli esempi di questo tipo di impianto sono incalcolabili.

Inoltre, i gas possono formare miscele eterogenee, soprattutto se hanno colori o densità differenti. Possono trasportare particelle molto piccole, come accade con l'acqua all'interno delle nuvole. Man mano che crescono di dimensioni, assorbono la luce visibile e di conseguenza le nuvole diventano grigiastre.

Un esempio di un sistema eterogeneo di gas solido è il fumo, che è costituito da particelle di carbonio molto piccole. Per questo motivo il fumo da combustione incompleta è di colore nerastro.

Metodi di frazionamento

Le fasi o componenti di un sistema eterogeneo possono essere separate sfruttando le differenze nelle loro proprietà fisiche o chimiche. In questo modo, il sistema originale viene frazionato fino a quando rimangono solo fasi omogenee. Alcuni dei metodi più comuni sono i seguenti.

Filtrazione

La filtrazione viene utilizzata per separare un solido o un precipitato da un liquido. Le due fasi riescono così a separarsi, anche se con un certo livello di impurità. Per questo motivo il solido viene generalmente lavato e successivamente essiccato in forno. Questa procedura può essere eseguita applicando il vuoto o semplicemente per gravità.

decantazione

Questo metodo è utile anche per separare un solido da un liquido. Si differenzia alquanto dal precedente, in quanto il solido è generalmente di consistenza soda ed è completamente depositato sul fondo del contenitore. Per fare ciò, è sufficiente inclinare l'imboccatura del contenitore con un'angolazione adeguata in modo che il liquido fuoriesca da esso.

Allo stesso modo, la decantazione consente di separare due liquidi, cioè un sistema liquido-liquido. In questo caso, viene utilizzato un imbuto separatore.

La miscela bifasica (due liquidi immiscibili) viene trasferita all'imbuto e il liquido a densità inferiore si troverà in alto; mentre quello a maggiore densità, nella parte inferiore, a contatto con l'apertura di uscita.

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L'immagine in alto rappresenta un imbuto separatore o separatore. Questa vetreria viene utilizzata anche per estrazioni liquido-liquido; cioè estrarre un soluto dal liquido iniziale aggiungendo un altro liquido in cui è ancora più solubile.

Setacciare

La setacciatura viene utilizzata per separare componenti solidi di diverse dimensioni. È molto comune trovare un setaccio o un setaccio all'interno della cucina per pulire i chicchi, purificare la farina di grano o rimuovere residui solidi da succhi densi. In chimica, può essere utilizzato per separare i cristalli piccoli da quelli più grandi.

Magnetizzazione

Questo metodo viene utilizzato per sistemi solido-solido in cui uno o più componenti sono attratti da un magnete. Pertanto, la fase eterogenea iniziale viene purificata poiché il magnete rimuove gli elementi ferromagnetici. Ad esempio, la magnetizzazione viene utilizzata per separare la banda stagnata dalla spazzatura.

Centrifugazione

La centrifugazione separa un solido sospeso da un liquido. Non può essere filtrato perché le particelle nuotano uniformemente occupando l'intero volume del liquido. Per separare le due fasi, una quantità della miscela eterogenea viene sottoposta ad una forza centrifuga, che sedimenta il solido sul fondo della provetta da centrifuga.

sublimazione

Il metodo di separazione per sublimazione viene applicato solo per i solidi volatili; cioè per quelli con alta pressione di vapore a basse temperature.

Al riscaldamento della miscela eterogenea, il solido volatile fuoriesce nella fase gassosa. Un esempio della sua applicazione è la purificazione di un campione contaminato con iodio o cloruro di ammonio.

Esempi

Finora sono stati menzionati diversi esempi di sistemi chimici eterogenei. Per completarli, altri sono elencati di seguito e altri al di fuori del contesto chimico:

-Il granito, le pietre di un fiume, le montagne o qualsiasi roccia con venature di molti colori.

-I minerali contano anche come sistemi eterogenei, poiché sono costituiti da vari tipi di strutture solide costituite da ioni. Le sue qualità sono il prodotto dell'interazione tra ioni di una struttura cristallina e impurità.

-Le bibite. In essi è presente un equilibrio liquido-gas, che riducendo la pressione esterna, diminuisce la solubilità del gas disciolto; per questo motivo si osservano molte bolle (soluto gassoso) che salgono alla superficie del liquido quando vengono scoperte.

-Qualunque mezzo di reazione che coinvolga reagenti in fasi diverse e che richieda anche un agitatore magnetico per garantire una maggiore velocità di reazione.

-Catalizzatori eterogenei. Questi solidi forniscono siti sulla loro superficie o sui pori dove il contatto tra i reagenti è accelerato, e non intervengono né subiscono una trasformazione irreversibile nella reazione.

-Un muro di fregio, un muro a mosaico o il progetto architettonico di un edificio.

-Gelatine multistrato di molti gusti.

-Un cubo di Rubik.

Riferimenti

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5. Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica. In Gli elementi del gruppo 15. (quarta edizione). Mc Graw Hill.
6. Wikipedia. (2018). Omogeneità ed eterogeneità. Estratto da: en.wikipedia.org
7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001). Chimica inorganica. Recupero da: books.google.com