و النظم المادية هي تلك التي تتكون من المسألة والتي يتم فصلها عن بقية الكون لدراستها. المادة موجودة في كل مكان ، تعطي شكلاً ومعنى حقيقيًا لتصورات الحياة اليومية ، ولكن عندما تريد دراسة جزء من المادة ، فإنك تتجاهل محيطها وتتحدث عن نظام مادي.
إنها متغيرة للغاية ، نظرًا لوجود مواد نقية ومركبة ، بالإضافة إلى حالات ومراحل مختلفة من التجميعات. كيف نحدد الحد بين نظام المواد ومحيطه؟ كل هذا يتوقف على المتغيرات التي يتم النظر فيها. على سبيل المثال ، في الصورة أدناه ، يمكن أن يكون كل رخام حلوى هو النظام قيد الدراسة.
ومع ذلك ، إذا كان متغير اللون سيؤخذ في الاعتبار ، فمن الضروري مراعاة جميع الكرات في آلة البيع. لأن الآلة ليست ذات فائدة ، فهذه هي بيئة الرخام. وبالتالي ، فإن نظام المواد في المثال هو كتلة الرخام وخصائصها (سواء كانت من الصمغ أو النعناع ، إلخ).
ومع ذلك ، من الناحية الكيميائية ، يتم تعريف أنظمة المواد على أنها أي مادة نقية أو خليط منها ، مصنفة وفقًا لجوانبها الفيزيائية.
تصنيف
نظام مادة متجانس
يمكن أن تظهر المادة قيد الدراسة مظهرًا موحدًا ، حيث تظل خصائصها ثابتة بغض النظر عن العينة التي يتم تحليلها. بمعنى آخر: يتميز هذا النوع من النظام بوجود مرحلة واحدة فقط من المادة للوهلة الأولى.
مادة ومركبات نقية
إذا تم تحليل مادة نقية ، فسيتبين أن الخواص الفيزيائية والكيميائية تتطابق في نفس القيم والنتائج ، حتى لو تم أخذ العديد من العينات (وفي مناطق جغرافية مختلفة).
على سبيل المثال ، إذا تمت مقارنة عينة الكالسيوم بعينة من آسيا وأوروبا وإفريقيا وأمريكا ، فسيكون لها جميعًا نفس الخصائص. سيحدث نفس الشيء إذا تم أخذ عينة من الكربون النقي.
من ناحية أخرى ، يظهر مركب نقي أيضًا ما سبق ذكره. إذا تم التأكد من أن اللوح مصنوع من مادة واحدة فقط ، فسيتم تصنيفها على أنها نظام مادة متجانس.
ومع ذلك ، لا يحدث هذا بالنسبة لعينة معدنية ، حيث إنها تحتوي بشكل عام على شوائب من معادن أخرى مرتبطة بها ، وفي هذه الحالة ، فهي عبارة عن نظام مادة غير متجانس. وبالمثل ، فإن تلك الأنظمة المادية مثل الأشجار أو الحجارة أو الجبال أو الأنهار تقع ضمن التصنيف الأخير.
تحلل
الخل التجاري عبارة عن محلول مائي بنسبة 5٪ من حمض الأسيتيك ؛ أي 5 مل من حمض الخليك النقي يذاب في 100 مل من الماء. ومع ذلك ، يبدو أنه سائل شفاف ، على الرغم من أنه في الواقع عبارة عن مركبين نقيين (الماء وحمض الخليك) مجتمعين.
نظام المواد غير المتجانسة
على عكس النظام المتجانس ، في هذه الفئة من النظام ، لا يكون المظهر ولا الخصائص ثابتة ، حيث تكون غير منتظمة طوال امتدادها.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يخضع لتقنيات فصل فيزيائية أو كيميائية ، يتم من خلالها استخلاص المراحل التي تعتبر كل منها نظامًا متجانسًا.
المراحل
توضح الصورة العلوية حالات المادة وتغيراتها. هذه ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمراحل المادة لأنها ، على الرغم من أنها متشابهة ، إلا أن لديها بعض الاختلافات الدقيقة.
وبالتالي ، فإن مراحل نظام المواد هي المادة الصلبة والسائلة والغاز. وهذا يعني أنه بالنسبة لبعض الأمور الخاضعة للتحليل يمكن أن تتبنى أي مرحلة من المراحل السابقة.
ومع ذلك ، نظرًا لأن التفاعلات في المواد الصلبة قوية جدًا وتعتمد على متغيرات مثل الضغط ودرجة الحرارة ، فقد يكون للنظام أو لا يحتوي على مراحل صلبة مختلفة.
على سبيل المثال ، المركب X ، صلب في درجة حرارة الغرفة ، له المرحلة الأولى ؛ ولكن عندما يكون الضغط عليها مرتفعًا جدًا ، فإن جزيئاتها تعاد ترتيبها بطريقة أكثر إحكاما ، ثم يحدث الانتقال من المرحلة الأولى إلى المرحلة الثانية الصلبة.
حتى أن هناك مراحل أخرى ، مثل III و IV ، مشتقة من II عند درجات حرارة مختلفة. وبالتالي ، فإن نظام المواد المتجانس لـ X لمرحلة صلبة ظاهرة يمكن أن يكتسب حتى أربع مراحل صلبة: الأول والثاني والثالث والرابع.
في حالة الأنظمة السائلة والغازية ، يمكن للجزيئات عمومًا أن تتبنى مرحلة واحدة فقط في حالات المادة هذه. بمعنى آخر ، قد لا تكون هناك طور غاز أول ومرحلة غازية ثانية.
منحنى الطور
هناك العديد من مخططات الطور: بعضها لمركب أو مادة واحدة (مثل الموجود في الصورة أعلاه) ، والبعض الآخر للأنظمة الثنائية (ملح في الماء ، على سبيل المثال) أو ثلاثي (ثلاثة مكونات).
"أبسط" من كل ذلك هو مخطط الطور لمادة. وهكذا ، بالنسبة للمادة الافتراضية Y ، يتم تمثيل طورها كدالة للضغط (المحور الصادي) ودرجة الحرارة (المحور السيني).
في ضغوط منخفضة هو غاز ، بغض النظر عن درجة حرارته. ومع ذلك ، عند زيادة الضغط ، يتم ترسيب الغاز Y في صلب Y.
ومع ذلك ، عند درجات حرارة أعلى من النقطة الحرجة Y ، يتكثف الغاز في السائل Y ، وإذا زاد الضغط أيضًا (يرتفع أحدهما عموديًا خلال الرسم التخطيطي) ، يتصلب السائل.
يمثل كل خط التوازن بين المرحلتين اللتين يفصل بينهما: الغاز الصلب ، والغاز السائل ، والصلب السائل ، والسائل الصلب ، والغاز الصلب السائل عند النقطة الثلاثية.
بالإضافة إلى ذلك ، من النقطة الحرجة Y لا يظهر أي تمييز فيزيائي بين الطور الغازي والمرحلة السائلة: فهو يشكل ما يعرف بسائل فوق الحرج.
أمثلة
- البالون هو نظام مادي لأن محتواه غازي وبالتالي له طبيعة كيميائية ؛ إذا كان الغاز أقل كثافة من الهواء ، فإن البالون سيرتفع إلى السماء.
- يتكون النظام الثنائي بين الزيت والماء من مرحلتين: الأولى من الماء والأخرى ، منطقياً ، من الزيت. مجموعة كلا النظامين غير متجانس ، بينما الطبقات الفردية هي أنظمة متجانسة. إذا كنت ترغب في استخراج الزيت ، فستحتاج إلى إجراء استخراج سائل باستخدام مذيب عضوي ومتطاير.
- يمكن أن يتكون النظام الصلب الصلب من خليط من السكر الأبيض والسكر البني. هنا ، يجعل الاختلاف في اللون بين البلورات هذه الحالة نظامًا غير متجانس.
- مياه البحر هي مثال آخر لنظام المواد المتجانس. يتكون من انحلال العديد من الأيونات المسؤولة عن طعمه المالح المميز. إذا تبخرت عينة من مياه البحر في وعاء ، فستستقر في الأملاح البيضاء.
المراجع
- نظام ومحيطه. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: chem.libretexts.org
- أنطونيو دي أولوا. أنظمة المواد.. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: 2.educarchile.cl
- دانيال جيه بيرجر. (2001). تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: bluffton.edu
- النظام ومحيطه في الكيمياء. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: chemteam.info
- هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (6 فبراير 2018). تعريف النظام المفتوح في الكيمياء. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 ، من: thinkco.com
- مركز جلين للأبحاث. مراحل المادة. تم الاسترجاع في 27 مايو 2018 من: grc.nasa.gov
- أليسون هـ (2006-09-15). إطلاق بالون. تم الاسترجاع في 28 مايو 2018 ، من: flickr.com