النظام غير المتجانس: الخصائص والتصنيف والطرق - كيمياء - 2026

A نظام غير متجانس هو ذلك الجزء من الكون محتلة من قبل الذرات والجزيئات أو الأيونات، بطريقة مثل هذه أنها تشكل اثنين أو أكثر من مميزة مراحل. "جزء من الكون" يُفهم على أنه قطرة ، كرة ، مفاعل ، صخور ؛ وبحسب الطور ، إلى حالة أو طريقة التجميع ، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية.

يختلف عدم تجانس النظام عن تعريفه من مجال معرفي إلى آخر. ومع ذلك ، فإن هذا المفهوم يشترك في العديد من أوجه التشابه في الطبخ والكيمياء.

المصدر: Pexels

على سبيل المثال ، البيتزا بسطحها المليء بالمكونات ، مثل الموجودة في الصورة أعلاه ، هي نظام غير متجانس. وبالمثل ، تعتبر السلطة ، أو مزيج من المكسرات والحبوب ، أو المشروبات الغازية أنظمة غير متجانسة.

لاحظ أن عناصره مرئية للوهلة الأولى ويمكن فصلها يدويًا. ماذا عن المايونيز؟ أم حليب؟ للوهلة الأولى تكون متجانسة ، لكنها أنظمة غير متجانسة مجهريًا. وبشكل أكثر تحديدًا ، فهي عبارة عن مستحلبات.

تتكون المكونات في الكيمياء من كواشف أو جزيئات أو مادة قيد الدراسة. المراحل ليست أكثر من مجاميع مادية للجسيمات المذكورة ، والتي توفر كل الصفات التي تميز المراحل. وهكذا ، فإن الطور السائل للكحول "يتصرف" بشكل مختلف عن الماء ، بل وأكثر من ذلك ، عن الزئبق السائل.

في أنظمة معينة ، يمكن التعرف على المراحل مثل محلول السكر المشبع ، مع وجود بلورات في الخلفية. يمكن تصنيف كل واحدة بمفردها على أنها متجانسة: فوق طور يتكون من الماء ، وتحته مرحلة صلبة تتكون من بلورات السكر.

في حالة نظام سكر الماء ، لا نتحدث عن تفاعل ، بل عن تشبع. في الأنظمة الأخرى ، يوجد تحول في المادة. مثال بسيط هو خليط معدن قلوي ، مثل الصوديوم والماء ؛ إنه مادة متفجرة ، لكن في البداية ، تكون قطعة الصوديوم المعدنية محاطة بالماء.

كما هو الحال مع المايونيز ، هناك أنظمة غير متجانسة في الكيمياء يتم تمريرها مجهريًا لتكون متجانسة ، ولكن تحت ضوء مجهر قوي ، تتألق أطوارها غير المتجانسة الحقيقية.

خصائص النظام غير المتجانس

ما هي خصائص النظام الكيميائي غير المتجانس؟ بشكل عام يمكن إدراجها على النحو التالي:

- تتكون من مرحلتين أو أكثر ؛ بمعنى آخر ، إنها ليست موحدة.

- يمكن أن تتكون ، بشكل عام ، من أي من أزواج المراحل التالية: صلب - صلب ، صلب - سائل ، صلب - غاز ، سائل - سائل ، غاز - سائل ؛ علاوة على ذلك ، يمكن أن يتواجد الثلاثة جميعًا في نفس نظام الغاز الصلب السائل.

- يمكن تمييز مكوناتها ومراحلها بالعين المجردة في المقام الأول. لذلك ، يكفي مراقبة النظام لاستخلاص النتائج من خصائصه ؛ مثل اللون واللزوجة وحجم وشكل البلورات والرائحة وما إلى ذلك.

- عادة ما ينطوي على توازن ديناميكي حراري ، أو تقارب مرتفع أو منخفض بين الجسيمات داخل طور أو بين مرحلتين مختلفتين.

- تختلف الخصائص الفيزيائية والكيميائية حسب منطقة أو اتجاه النظام. وبالتالي ، قد تتراوح قيم نقطة الانصهار ، على سبيل المثال ، من منطقة مادة صلبة غير متجانسة إلى منطقة أخرى. أيضًا (الحالة الأكثر شيوعًا) تتغير الألوان أو الأشكال في جميع أنحاء المادة الصلبة (سائلة أو غازية) عند مقارنتها.

- هم خليط من المواد. أي أنه لا ينطبق على المواد النقية.

درجة الملاحظة

يمكن اعتبار أي نظام متجانس غير متجانس إذا تم تعديل مقاييس أو درجات الملاحظة. على سبيل المثال ، الدورق المملوء بالماء النقي هو نظام متجانس ، ولكن كما لوحظت جزيئاته ، يوجد الملايين منهم بسرعاتهم الخاصة.

من وجهة النظر الجزيئية ، يستمر النظام في كونه متجانسًا لأنه عبارة عن جزيئات H ₂ O فقط. ولكن ، من خلال تقليل نطاق الملاحظة إلى المستويات الذرية ، يصبح الماء غير متجانس ، لأنه لا يتكون من نوع واحد من ذرة ولكن الهيدروجين والأكسجين.

لذلك ، تعتمد خصائص الأنظمة الكيميائية غير المتجانسة على درجة الملاحظة. إذا كنت تفكر في المقياس المجهري ، فقد تصادف أنظمة متعددة الأوجه.

يمكن أن تتكون المادة الصلبة A ، المتجانسة على ما يبدو واللون الفضي ، من طبقات متعددة من معادن مختلفة (ABCDAB…) وبالتالي تكون غير متجانسة. لذلك ، فإن A متجانسة ظاهريًا ، ولكنها غير متجانسة على المستويات الدقيقة (أو النانوية).

وبالمثل ، فإن نفس الذرات هي أنظمة غير متجانسة ، لأنها مكونة من الفراغ والإلكترونات والبروتونات والنيوترونات والجسيمات دون الذرية الأخرى (مثل الكواركات).

تصنيف

بالنظر إلى درجة الملاحظة العيانية ، التي تحدد الخصائص المرئية أو خاصية قابلة للقياس ، يمكن تصنيف الأنظمة الكيميائية غير المتجانسة بالطرق التالية:

المحاليل المشبعة (السائل السائل ، السائل الصلب ، الغاز السائل)

المحاليل المشبعة هي نوع من النظام الكيميائي غير المتجانس حيث لا يمكن أن يستمر المذاب في الذوبان ويشكل مرحلة منفصلة عن تلك الخاصة بالمذيب. يقع مثال بلورات الماء والسكر في هذا التصنيف.

تصل جزيئات المذيب إلى نقطة لا يمكنها فيها استيعاب المذاب أو إذابته. ثم يعاد تجميع المذاب الإضافي ، الصلب أو الغازي ، بسرعة لتشكيل مادة صلبة أو فقاعات ؛ أي نظام سائل صلب أو غاز سائل.

يمكن أن يكون المذاب سائلاً أيضًا ، وهو قابل للامتزاج مع المذيب حتى تركيز معين ؛ وإلا فإنها ستكون قابلة للامتزاج في جميع التركيزات ولن تشكل محلولًا مشبعًا. عن طريق الامتزاج ، من المفهوم أن خليط السائلين يشكل مرحلة واحدة موحدة.

من ناحية أخرى ، إذا كان السائل المذاب غير قابل للامتزاج مع المذيب ، كما هو الحال مع خليط الزيت والماء ، فإن أقل كمية مضافة يصبح المحلول مشبعًا. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل مرحلتين: الأولى مائية والأخرى زيتية.

محاليل بالأملاح المترسبة

تؤسس بعض الأملاح توازنًا في الذوبان ، نظرًا لحقيقة أن التفاعلات بين أيوناتها قوية جدًا وتعيد تجميعها في بلورات لا يستطيع الماء فصلها.

يتكون هذا النوع من النظام غير المتجانس أيضًا من طور سائل ومرحلة صلبة ؛ ولكن ، على عكس المحاليل المشبعة ، فإن المذاب عبارة عن ملح لا يتطلب كميات كبيرة للترسيب.

على سبيل المثال ، يؤدي خلط محلولين مائيين من الأملاح غير المشبعة ، أحدهما من NaCl والآخر من AgNO ₃ ، إلى ترسيب الملح غير القابل للذوبان AgCl. ينشئ كلوريد الفضة توازنًا قابلية للذوبان في المذيب ، مع ملاحظة مادة صلبة بيضاء اللون في الحاوية المائية.

وبالتالي ، تعتمد خصائص هذه الحلول على نوع المادة المترسبة المتكونة. بشكل عام ، أملاح الكروم ملونة للغاية ، وكذلك أملاح المنغنيز أو الحديد أو بعض المركبات المعدنية. يمكن أن يكون هذا الراسب مادة صلبة بلورية أو غير متبلورة أو هلامية.

انتقالات المرحلة

يمكن أن تشكل كتلة الجليد نظامًا متجانسًا ، ولكن عندما تذوب ، فإنها تشكل مرحلة إضافية من الماء السائل. لذلك ، فإن التحولات الطورية للمادة هي أيضًا أنظمة غير متجانسة.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبعض الجزيئات الهروب من سطح الجليد إلى مرحلة البخار. هذا يرجع إلى حقيقة أن الماء السائل ليس فقط له ضغط بخار ، ولكن أيضًا للثلج ، وإن كان بدرجة أقل.

تنطبق الأنظمة غير المتجانسة لتحولات الطور على أي مادة (نقية أو غير نقية). وبالتالي ، فإن جميع المواد الصلبة التي تذوب ، أو السائل الذي يتبخر ، تنتمي إلى هذا النوع من النظام.

المواد الصلبة والغازات

فئة شائعة جدًا من الأنظمة غير المتجانسة في الكيمياء هي المواد الصلبة أو الغازات ذات المكونات المختلفة. على سبيل المثال ، تندرج البيتزا في الصورة في هذا التصنيف. وإذا كان يحتوي على الكبريت والفحم والفوسفور والنحاس بدلاً من الجبن والفلفل الحلو والأنشوجة ولحم الخنزير والبصل وما إلى ذلك ، فسيكون هناك مادة صلبة أخرى غير متجانسة.

يتميز الكبريت بلونه الأصفر. الفحم لكونه مادة صلبة سوداء ؛ الفوسفور أحمر. ونحاس معدني لامع. كلها صلبة ، وبالتالي ، فإن النظام يتكون من مرحلة ولكن مع عدة مكونات. في الحياة اليومية ، أمثلة هذا النوع من النظام لا تُحصى.

أيضًا ، يمكن أن تشكل الغازات مخاليط غير متجانسة ، خاصةً إذا كانت ذات ألوان أو كثافات مختلفة. يمكن أن تحمل جزيئات صغيرة جدًا ، كما يحدث مع الماء داخل السحب. مع نمو حجمها ، تمتص الضوء المرئي وتتحول الغيوم إلى اللون الرمادي نتيجة لذلك.

مثال على نظام الغاز الصلب غير المتجانس هو الدخان ، الذي يتكون من جزيئات كربون صغيرة جدًا. لهذا السبب يكون الدخان الناتج عن الاحتراق غير الكامل أسود اللون.

طرق التجزئة

يمكن فصل مراحل أو مكونات النظام غير المتجانس مع الاستفادة من الاختلافات في خواصها الفيزيائية أو الكيميائية. بهذه الطريقة ، يتم تجزئة النظام الأصلي حتى تبقى الأطوار المتجانسة فقط. فيما يلي بعض الطرق الأكثر شيوعًا.

الترشيح

يستخدم الترشيح لفصل المادة الصلبة أو الراسب عن السائل. وهكذا ، تنفصل المرحلتان ، وإن كان بمستوى معين من النجاسة. لهذا السبب ، يتم غسل المادة الصلبة بشكل عام وتجفيفها لاحقًا في الفرن. يمكن القيام بهذا الإجراء إما عن طريق تطبيق الفراغ أو ببساطة عن طريق الجاذبية.

صب

هذه الطريقة مفيدة أيضًا في فصل المادة الصلبة عن السائل. وهي تختلف إلى حد ما عن سابقتها ، حيث أن المادة الصلبة تكون متماسكة بشكل عام وتترسب بالكامل في قاع الحاوية. للقيام بذلك ، قم ببساطة بإمالة فوهة الحاوية بزاوية مناسبة بحيث يتدفق السائل منها.

وبالمثل ، فإن الصب يسمح بفصل سائلين ، أي نظام سائل-سائل. في هذه الحالة ، يتم استخدام قمع فاصل.

يتم نقل الخليط ثنائي الطور (سائلين غير قابلين للامتزاج) إلى القمع ، ويتم وضع السائل ذي الكثافة المنخفضة في الأعلى ؛ بينما الأكثر كثافة ، في الجزء السفلي ، ملامسة فتحة المخرج.

المصدر: Pixabay

تمثل الصورة العلوية قمعًا فاصلاً أو منفصلاً. تستخدم هذه الأواني الزجاجية أيضًا في عمليات الاستخراج السائل والسائل ؛ أي لاستخراج المذاب من السائل الأولي عن طريق إضافة سائل آخر يكون فيه أكثر قابلية للذوبان.

غربلة

تستخدم النخل لفصل المكونات الصلبة ذات الأحجام المختلفة. من الشائع جدًا العثور على منخل أو غربال داخل المطبخ لتنظيف الحبوب أو تنقية دقيق القمح أو إزالة المخلفات الصلبة من العصائر السميكة. في الكيمياء ، يمكن استخدامه لفصل البلورات الصغيرة عن الكبيرة.

مغنطة

تُستخدم هذه الطريقة للأنظمة الصلبة الصلبة حيث يتم جذب واحد أو أكثر من المكونات بواسطة المغناطيس. وهكذا ، يتم تنقية المرحلة الأولية غير المتجانسة حيث يزيل المغناطيس العناصر المغناطيسية الحديدية. على سبيل المثال ، يتم استخدام المغناطيسية لفصل الصفيح عن القمامة.

الطرد المركزي

يفصل الطرد المركزي المادة الصلبة العالقة عن السائل. لا يمكن تصفيته لأن الجسيمات تسبح بشكل موحد وتحتل الحجم الكامل للسائل. لفصل المرحلتين ، يتم إخضاع كمية من الخليط غير المتجانس لقوة طرد مركزي ، والتي ترسب المادة الصلبة في قاع أنبوب الطرد المركزي.

تسامي

يتم تطبيق طريقة فصل التسامي فقط للمواد الصلبة المتطايرة ؛ أي لمن لديهم ضغط بخار مرتفع في درجات حرارة منخفضة.

عند تسخين الخليط غير المتجانس ، تتسرب المادة الصلبة المتطايرة إلى الطور الغازي. مثال على تطبيقه هو تنقية عينة ملوثة باليود أو كلوريد الأمونيوم.

أمثلة

حتى الآن ، تم ذكر العديد من الأمثلة على الأنظمة الكيميائية غير المتجانسة. لاستكمالها ، تم سرد أخرى إضافية أدناه وغيرها خارج السياق الكيميائي:

- الجرانيت أو أحجار النهر أو الجبال أو أي صخرة ذات عروق متعددة الألوان.

- تعد المعادن أيضًا أنظمة غير متجانسة ، لأنها تتكون من أنواع مختلفة من الهياكل الصلبة المكونة من الأيونات. صفاته هي نتاج التفاعل بين الأيونات ذات البنية البلورية والشوائب.

- المشروبات الغازية. يوجد فيها توازن للغاز السائل ، والذي يقلل من قابلية ذوبان الغاز المذاب من خلال تقليل الضغط الخارجي ؛ لهذا السبب ، لوحظ ارتفاع العديد من الفقاعات (المذاب الغازي) إلى سطح السائل عند الكشف عنها.

- أي وسط تفاعل يتضمن كواشف في مراحل مختلفة ، ويتطلب ذلك أيضًا محركًا مغناطيسيًا لضمان سرعة تفاعل أعلى.

- محفزات غير متجانسة. توفر هذه المواد الصلبة مواقع على سطحها أو مسامها حيث يتم تسريع التلامس بين المواد المتفاعلة ، ولا تتدخل أو تخضع لتحول لا رجوع فيه في التفاعل.

- جدار إفريز أو حائط فسيفسائي أو تصميم معماري لمبنى.

- جيلاتين متعدد الطبقات بنكهات عديدة.

-مكعب روبيك.

المراجع

1. التوازن في الأنظمة غير المتجانسة. تم الاسترجاع من: science.uwaterloo.ca
2. فرنانديز ج. (7 نوفمبر 2010). أنظمة متجانسة وغير متجانسة. تم الاسترجاع من: quimicafisica.com
3. جيل. (7 يونيو 2006). أنظمة متجانسة وغير متجانسة. تم الاسترجاع من: chemistryforstudents.blogspot.com
4. LoveToKnow. (2018). أمثلة على الخلطة غير المتجانسة. تم الاسترجاع من: example.yourdictionary.com
5. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. في عناصر المجموعة 15. (الطبعة الرابعة). ماك جراو هيل.
6. ويكيبيديا. (2018). التجانس وعدم التجانس. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
7. إف هولمان ، إيغون ويبرغ ، نيلز ويبرغ. (2001). الكيمياء غير العضوية. تم الاسترجاع من: books.google.com