نظم المواد: التصنيف والمراحل والأمثلة
أنظمة المواد هي كل تلك التي تتكون من مادة ومعزولة عن بقية الكون المراد دراستها. المسألة في كل مكان ، تعطي الشكل والمعنى الحقيقي لتصورات الحياة اليومية ، ولكن عندما ترغب في دراسة جزء من المادة ، فإنك تحتقر محيطها وتتحدث عن نظام مادي.
إنها متغيرة للغاية ، نظرًا لوجود مواد نقية ومركبة ، بالإضافة إلى حالات مختلفة ومراحل تجميع. كيفية تحديد الحدود بين نظام المواد والمناطق المحيطة بها؟ كل شيء يعتمد على المتغيرات التي تعتبر. على سبيل المثال ، في الصورة السفلية يمكن أن يكون كل رخام حلوى هو النظام قيد الدراسة.
ومع ذلك ، إذا أراد المرء أن يأخذ بعين الاعتبار اللون المتغير ، فمن الضروري مراعاة جميع الرخام في آلة التوزيع. لأن الجهاز ليس موضع اهتمام ، فهذه هي بيئة الرخام. وبالتالي ، فإن النظام المادي للمثال يصبح كتلة الرخام وخصائصه (سواء كانت مضغ العلكة ، النعناع ، إلخ).
ومع ذلك ، يتم تعريف أنظمة المواد كيميائيا على أنها أي مادة نقية أو خليط منها ، مصنفة وفقا لجوانبها الفيزيائية.
تصنيف
نظام المواد متجانسة
يمكن أن تظهر المادة التي تمت دراستها مظهرًا موحدًا ، حيث تظل خصائصه ثابتة بغض النظر عن العينة التي يجري تحليلها. بمعنى آخر: يتميز هذا النوع من النظام بوجود مرحلة واحدة من المادة للوهلة الأولى.
المواد والمركبات النقية
إذا تم تحليل مادة نقية ، فسيتم العثور على أن الخواص الفيزيائية والكيميائية تتزامن مع نفس القيم والنتائج ، حتى إذا تم أخذ عينات كثيرة (وفي مناطق جغرافية مختلفة).
على سبيل المثال ، إذا تمت مقارنة عينة من الكالسيوم بعينة من آسيا وأوروبا وإفريقيا وأمريكا ، فستتمتع جميعها بنفس الخصائص. سوف يحدث نفس الشيء إذا تم أخذ عينة من الفحم النقي.
من ناحية أخرى ، يظهر المركب النقي أيضًا المذكور أعلاه. إذا تم ضمان وجود سبورة من مادة واحدة ، فسيتم تصنيفها كنظام مواد متجانسة.
ومع ذلك ، لا يحدث هذا بالنسبة لعينة معدنية ، لأنها تؤوي عمومًا شوائب من معادن أخرى مرتبطة بها ، وفي هذه الحالة يكون نظام مادة غير متجانسة. أيضًا ، تندرج أنظمة المواد هذه مثل الأشجار أو الأحجار أو الجبال أو الأنهار في هذا التصنيف الأخير.
انحلال
الخل التجاري هو محلول مائي من حمض الخليك 5 ٪. أي أن 5 مل من حمض الخليك النقي يذوب في 100 مل من الماء. ومع ذلك ، فإن مظهره سائل شفاف ، على الرغم من أنه في الواقع مركبان نقيان (الماء وحمض الخليك) مجتمعين.
نظام المواد غير المتجانسة
على النقيض من متجانسة ، في هذا النوع من النظام لا المظهر ولا الخصائص ثابتة ، كونها غير منتظمة طوال امتداده.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يخضع لتقنيات الفصل الفيزيائية أو الكيميائية ، والتي يتم استخراج المراحل منها ، والتي تعتبر كل منها نظامًا متجانسًا.
مراحل
في الصورة أعلاه ، يتم عرض حالات المادة وتغييراتها. هذه ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمراحل المادة لأنها ، رغم أنها متشابهة ، فإنها تظهر بعض الاختلافات الدقيقة.
وبالتالي ، فإن مراحل نظام المواد هي الصلبة والسائلة والغاز. وهذا هو ، لموضوع معين قيد التحليل يمكن أن يعتمد أي من المراحل السابقة.
ومع ذلك ، نظرًا لأن التفاعلات في المواد الصلبة قوية جدًا وتعتمد على متغيرات مثل الضغط ودرجة الحرارة ، قد يكون للنظام أو لا يحتوي على مراحل صلبة مختلفة.
على سبيل المثال ، يحتوي المركب X ، الصلب في درجة حرارة الغرفة ، على المرحلة الأولى ؛ ولكن عندما يكون الضغط الذي يقع عليه مرتفعًا للغاية ، فإن جزيئاته تُعيد ترتيبها بشكل أكثر إحكاما ، ثم يحدث الانتقال من المرحلة الأولى إلى المرحلة الثانية الصلبة.
هناك حتى مراحل أخرى ، مثل الثالث والرابع ، والتي مشتقة من الثاني في درجات حرارة مختلفة. وبالتالي ، يمكن لنظام المواد المتجانسة لـ X في المرحلة الصلبة الظاهرة الحصول على ما يصل إلى أربع مراحل صلبة: الأول والثاني والثالث والرابع.
في حالة النظم السائلة والغازية ، يمكن للجزيئات عمومًا تبني مرحلة واحدة فقط في حالات المادة هذه. وبعبارة أخرى ، قد لا يكون هناك مرحلة الغاز الأولى والثانية.
مخطط المرحلة
هناك العديد من مخططات الطور: بعضها لمركب أو مادة واحدة (مثل تلك الموجودة في الصورة أعلاه) ، وبعضها الآخر للأنظمة الثنائية (ملح في الماء ، على سبيل المثال) أو أنظمة ثلاثية (ثلاثة مكونات).
الأكثر "بسيط" على الإطلاق هو مخطط الطور للمادة. وبالتالي ، بالنسبة للمادة الافتراضية Y ، يتم تمثيل طورها كدالة للضغط (المحور y) ودرجة الحرارة (المحور x).
عند الضغط المنخفض ، يكون الغاز ، بغض النظر عن درجة حرارته. ومع ذلك ، عن طريق زيادة الضغط تودع Y الغازية في Y الصلبة.
ومع ذلك ، عند درجات حرارة أعلى من النقطة الحرجة يتكثف غاز Y في السائل Y ، وإذا زاد الضغط (يرتفع رأسياً خلال الرسم التخطيطي) ، يصلب السائل.
يمثل كل خط التوازن بين المرحلتين الذي يفصل بينهما: الغاز الصلب ، الغاز السائل ، السائل الصلب ، السائل الصلب و الغاز الصلب السائل عند النقطة الثلاثية.
بالإضافة إلى ذلك ، من النقطة الحرجة Y ، لا يوجد تمييز مادي بين طور الغاز والمرحلة السائلة: فهو يشكل ما يُعرف بالسوائل فوق الحرجة.
أمثلة
- الكرة الأرضية هي نظام مادي ، حيث أن محتواه غازي ، وبالتالي له طبيعة كيميائية ؛ إذا كان الغاز أقل كثافة من الهواء ، فإن البالون سيرتفع إلى السماء.
- يحتوي النظام الثنائي لزيت الماء على مرحلتين: واحدة للمياه وأخرى ، منطقية ، للنفط. مجموعة كليهما هي النظام غير المتجانس ، في حين أن الطبقات الفردية عبارة عن أنظمة متجانسة. إذا كنت ترغب في استخراج الزيت ، فستحتاج إلى إجراء استخراج سائل سائل بمذيب عضوي ومتطاير.
- قد يتكون النظام الصلب من مزيج من السكر الأبيض والسكر البني. هنا ، الفرق في اللون بين البلورات يجعل هذه الحالة نظامًا غير متجانس.
- مياه البحر مثال آخر على نظام المواد المتجانسة. يتكون من ذوبان العديد من الأيونات ، والتي هي المسؤولة عن طعمها المالح المميز. إذا تعرضت عينة من مياه البحر للتبخر في حاوية ، فسيكون ذلك رواسب في هذا الملح الأبيض.
