SISTEMES MATERIALS: CLASSIFICACIÓ, FASES I EXEMPLES - QUIMICA - 2025

Els sistemes materials són tots aquells que estan compostos de matèria i que s'aïllen de la resta de l'univers per ser estudiats. La matèria està per tot arreu, donant-li forma i sentit real a les percepcions de la vida diària, però quan es desitja estudiar una porció de matèria, es menyspreen els seus entorns i es parla de sistema material.

Són molt variables, ja que hi ha matèries pures i compostes, així com diferents estats i fases d'agregacions. Com definir el límit entre el sistema material i els seus voltants? Tot depèn de les variables que es considerin. Per exemple, en la imatge inferior cada bala de dolç pogués ser el sistema sotmès a estudi.

No obstant això, si es vol prendre en compte la variable color, aleshores cal considerar totes les bales de la màquina dispensadora. A causa de que la màquina no és d'interès, aquesta és l'entorn de les bales. Així, el sistema material de l'exemple ve a ser la massa de les bales i les seves propietats (siguin aquestes de xiclet, menta, etc.).

No obstant això, químicament els sistemes materials es defineixen com qualsevol substància pura o mescla de les mateixes, classificant d'acord amb els seus aspectes físics.

classificació

Sistema material homogeni

La matèria que s'estudia pot mostrar una aparença uniforme, en la que les seves propietats romanen constants sense importar la mostra que s'analitza. En altres paraules: aquesta classe de sistema es caracteritza per tenir una sola fase de matèria a primer cop d'ull.

Substància i compostos purs

Si una substància pura és analitzada, llavors es trobarà que les propietats fisicoquímiques coincideixen en les mateixes valors i resultats, fins i tot si es prenen moltes mostres (i en diferents zones geogràfiques).

Per exemple, si una mostra de calci es comparés amb una d'Àsia, Europa, Àfrica i Amèrica, totes tindrien les mateixes propietats. El mateix passaria si es prengués una mostra de carbó pur.

D'altra banda, un compost pur també manifesta l'anterior esmentat. Si es garantís que una pissarra estigui feta d'un sol i únic material, llavors aquesta es catalogaria com un sistema material homogeni.

No obstant això, això no passa per una mostra mineral, ja que en general hi impureses d'altres minerals associats, i per aquest cas es tracta d'un sistema material heterogeni. Així mateix, aquells sistemes materials com els arbres, pedres, muntanyes, o rius entren en aquesta última classificació.

dissolució

El vinagre comercial és una dissolució aquosa d'àcid acètic a el 5%; és a dir, que 5 ml d'àcid acètic pur es dissolen en 100 ml d'aigua. Tanmateix, la seva aparença és d'un líquid transparent, encara que en realitat es tracti de dos compostos purs (aigua i àcid acètic) combinats.

Sistema material heterogeni

En contrast amb el homogeni, en aquesta classe de sistema ni l'aparença ni les propietats són constants, sent irregulars al llarg de la seva extensió.

A més, es pot sotmetre a tècniques físiques o químiques de separació, de les quals s'extreuen fases que es consideren cadascuna com un sistema homogeni.

fases

A la imatge superior es mostren els estats de la matèria i els seus canvis. Aquests estan estretament relacionats amb les fases de la matèria perquè, si bé són els mateixos, presenten algunes subtils diferències.

Sent així, les fases d'un sistema material són el sòlid, el líquid i el gas. És a dir, per a determinada matèria sotmesa a anàlisi aquesta pot adoptar qualsevol de les fases anteriors.

No obstant això, a causa que les interaccions en els sòlids són molt forts i aquestes depenen de variables com la pressió i la temperatura, un sistema pot o no presentar diferents fases sòlides.

Per exemple, el compost X, sòlid a temperatura ambient, presenta una fase I; però quan la pressió que incideix sobre aquest és molt alta, les seves molècules es reordenen de manera més compacta, i llavors passa una transició des de la fase I a la fase sòlida II.

Fins i tot hi ha altres fases, com III i IV, que deriven d'II a diferents temperatures. Així, el sistema material homogeni de X d'una aparent fase sòlida pot adquirir fins a quatre fases sòlides: I, II, III i IV.

Per al cas de sistemes líquids i gasosos, generalment les molècules només poden adoptar una única fase en aquests estats de la matèria. En altres paraules, pot ser que no hi hagi una fase gasosa I i una altra II.

Diagrama de fases

Hi ha molts diagrames de fases: alguns per a un sol compost o substància (com el de la imatge superior), i altres per a sistemes binaris (una sal en aigua, per exemple) o ternaris (tres components).

El més "simple" de tots és el diagrama de fases per a una substància. Així, per a la hipotètica substància I es representa la seva fase en funció de la pressió (eix y) i la temperatura (eix x).

A baixes pressions és un gas, sense importar quina sigui la seva temperatura. No obstant això, a l'incrementar la pressió I gasós es diposita en I sòlid.

No obstant això, a temperatures per sobre del punt crític I gasós condensa en I líquid, i si a més s'incrementa la pressió (s'ascendeix verticalment pel diagrama), el líquid es solidifica.

Cada línia representa l'equilibri entre les dues fases que separa: sòlid-gas, líquid-gas, sòlid-líquid, líquid-sòlid i sòlid-líquid-gas al punt triple.

Addicionalment, a partir del punt crític I no es mostra distinció física entre la fase gasosa i la fase líquida: forma el que es coneix com a fluid supercrític.

exemples

- Un globus és un sistema material, ja que el seu contingut és gasós i, per tant, té una naturalesa química; si el gas és menys dens que l'aire, el globus ascendirà fins al cel.

- El sistema binari aigua-oli presenta dues fases: una d'aigua i una altra, lògicament, d'oli. El conjunt d'ambdues és el sistema heterogeni, mentre que les capes individuals són sistemes homogenis. Si es volgués extreure l'oli es necessitaria realitzar una extracció líquid-líquid amb un solvent orgànic i volàtil.

- Un sistema sòlid-sòlid pot consistir d'una barreja de sucre blanca i sucre morena. Aquí, la diferència de color entre els vidres fa d'aquest cas un sistema heterogeni.

- L'aigua de la mar és un altre exemple d'un sistema material homogeni. Consisteix en una dissolució de molts ions, els quals són els responsables del seu sabor salat característic. Si una mostra d'aigua de la mar es sotmetés a evaporació en un recipient, sedimentaria en aquest sals blanques.

referències

1. A System and Its d'ensenyament. Recuperat el 27 de maig de 2018, de: chem.libretexts.org
2. Antonio d'Ulloa. Sistemes materials.. Recuperat el 27 de maig de 2018, de: 2.educarchile.cl
3. Daniel J. Berger. (2001). Recuperat el 27 de maig de 2018, de: bluffton.edu
4. The System and the surroundings in Chemistry. Recuperat el 27 de maig de 2018, de: chemteam.info
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06 de febrer del 2018). Open System Definition in Chemistry. Recuperat el 27 de maig de 2018, de: thoughtco.com
6. Glen Research Center. Phases of Matter. Recuperat el 27 de maig de 2018, de: grc.nasa.gov
7. Alison H. (15 de setembre de 2006). Balloon Launch. Recuperat el 28 de maig de 2018, de: flickr.com