Sistema heterogêneo: características, classificação e métodos

Um sistema heterogêneo é a porção do universo ocupada por átomos, moléculas ou íons, de forma que eles formam duas ou mais fases distinguíveis uma da outra. Por “porção do universo” entende-se uma gota, um balão, o reator, rochas; e por fase, a um estado ou modo de agregação, seja sólido, líquido ou gás.

A heterogeneidade de um sistema varia de sua definição de um campo de conhecimento para outro. No entanto, esse conceito compartilha muitas semelhanças entre culinária e química.

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Fonte: Pexels

Por exemplo, uma pizza com a superfície recheada de ingredientes, como a da imagem acima, é um sistema heterogêneo. Da mesma forma, salada, uma mistura de nozes e cereais, ou uma bebida borbulhante, também contam como sistemas heterogêneos.

Observe que seus elementos são diferenciados a olho nu e podem ser separados manualmente. E a maionese? Ou o leite? À primeira vista, são homogêneos, mas microscopicamente são sistemas heterogêneos; mais especificamente, são emulsões.

Na química, os ingredientes consistem em reagentes, partículas ou uma substância em estudo. As fases nada mais são do que agregados físicos dessas partículas, que fornecem todas as qualidades que caracterizam as fases. Assim, a fase líquida do álcool “se comporta” diferentemente da da água e, mais ainda, da do mercúrio líquido.

Em certos sistemas, as fases são tão reconhecíveis quanto uma solução saturada de açúcar, com cristais no fundo. Cada um por si só pode ser classificado como homogêneo: acima de uma fase formada pela água e, abaixo, de uma fase sólida composta de cristais de açúcar.

No caso do sistema água-açúcar, não se fala em reação, mas em saturação. Em outros sistemas, a transformação da matéria está presente. Um exemplo simples é a mistura de um metal alcalino, como sódio e água; É explosivo, mas a princípio, o pedaço de sódio metálico é cercado por água.

Como na maionese, existem sistemas heterogêneos na química que passam macroscopicamente através de homogêneos, mas à luz de um poderoso microscópio, suas verdadeiras fases heterogêneas brilham.

Características do sistema heterogêneo

Quais são as características de um sistema químico heterogêneo? Em termos gerais, eles podem ser listados da seguinte maneira:

-São compostos por duas ou mais fases; Em outras palavras, não é uniforme.

– Pode consistir, em geral, em qualquer um dos seguintes pares de fases: sólido-sólido, líquido-sólido, gás-sólido, líquido-líquido, gás-líquido; e além disso, todos os três podem estar presentes no mesmo sistema de gás líquido sólido.

-Seus componentes e fases são distinguíveis, a primeira instância, a olho nu. Portanto, basta olhar para o sistema para tirar conclusões de suas características; como cor, viscosidade, tamanho e forma dos cristais, cheiro, etc.

– Geralmente envolve um equilíbrio termodinâmico ou uma afinidade alta ou baixa entre as partículas dentro de uma fase ou entre duas fases distintas.

-As propriedades físico-químicas variam de acordo com a região ou direção do sistema. Assim, os valores para, por exemplo, o ponto de fusão, podem variar de uma região de um sólido heterogêneo para outra. Da mesma forma, (o caso mais comum), as cores ou tons mudam em todo o sólido (líquido ou gás) à medida que são comparados.

-Eles são misturas de substâncias; isto é, não se aplica a substâncias puras.

Grau de observação

Qualquer sistema homogêneo pode ser considerado heterogêneo se as escalas ou graus de observação forem modificados. Por exemplo, uma jarra cheia de água pura é um sistema homogêneo, mas como suas moléculas são observadas, existem milhões delas com suas próprias velocidades.

A partir de um ponto de vista molecular, o sistema permanece homogénea porque só moléculas de H 2 O. No entanto, diminuindo ainda mais a escala de observação em níveis atómicas, a água torna-se heterogéneo, porque ele não é constituído por um único tipo de átomo, mas hidrogênio e oxigênio.

Portanto, as características dos sistemas químicos heterogêneos dependem do grau de observação. Se a escala microscópica for considerada, ela pode ser encontrada em sistemas multifacetados.

Um sólido A, aparentemente homogêneo e prateado, pode consistir em várias camadas de metais diferentes (ABCDAB …) e, portanto, ser heterogêneo. Portanto, A é macroscopicamente homogêneo, mas heterogêneo em níveis micro (ou nano).

Da mesma forma, os mesmos átomos são sistemas heterogêneos, pois são feitos de vácuo, elétrons, prótons, nêutrons e outras partículas subatômicas (como quarks).

Classificação

Considerando, então, um grau de observação macroscópica, que define as características visíveis ou uma propriedade mensurável, os sistemas químicos heterogêneos podem ser classificados das seguintes maneiras:

Soluções saturadas (líquido-líquido, líquido-sólido, líquido-gás)

Soluções saturadas são um tipo de sistema químico heterogêneo no qual o soluto não pode continuar se dissolvendo e forma uma fase separada da do solvente. O exemplo de cristais de água e açúcar se enquadra nessa classificação.

As moléculas de solvente atingem um ponto em que não podem acomodar ou solvatar o soluto. Então, o soluto adicional, sólido ou gasoso, se reagrupará rapidamente para formar um sólido ou bolhas; isto é, um sistema líquido-sólido ou líquido gasoso.

O soluto também pode ser um líquido, que é miscível com o solvente até uma certa concentração; caso contrário, seriam miscíveis em todas as concentrações e não formariam uma solução saturada. Miscível significa que a mistura dos dois líquidos forma uma única fase uniforme.

Se, por outro lado, o soluto líquido é imiscível com o solvente, assim como com a mistura de óleo e água, a solução é saturada na menor quantidade adicionada. Como resultado, duas fases são formadas: uma aquosa e a outra oleosa.

Soluções com sais precipitados

Alguns sais estabelecem um equilíbrio de solubilidade, porque as interações entre seus íons são muito fortes e se reagrupam em cristais que a água não pode dissociar.

Esse tipo de sistema heterogêneo também consiste em uma fase líquida e uma sólida; mas, diferentemente das soluções saturadas, o soluto é um sal que não requer grandes quantidades para precipitar.

Por exemplo, misturando duas soluções aquosas de sais insaturados, um de NaCl e outro de AgNO 3 , precipita o sal insolúvel AgCl. O cloreto de prata estabelece um equilíbrio de solubilidade no solvente, sendo observado um sólido esbranquiçado no vaso aquoso.

Assim, as características dessas soluções dependem do tipo de precipitado formado. Em geral, os sais de cromo são muito coloridos, assim como os de manganês, ferro ou algum complexo metálico. Este precipitado pode ser um sólido cristalino, amorfo ou gelatinoso.

Transições de fase

Um bloco de gelo pode ser um sistema homogêneo, mas quando derretido, forma uma fase adicional de água líquida. Portanto, as transições de fase de uma substância também são sistemas heterogêneos.

Além disso, algumas moléculas podem escapar da superfície do gelo para a fase de vapor. Isso ocorre porque não apenas a água líquida possui pressão de vapor, mas também gelo, embora em menor grau.

Os sistemas heterogêneos de transição de fase se aplicam a qualquer substância (pura ou impura). Assim, todos os sólidos que derretem ou o líquido que evapora pertencem a esse tipo de sistema.

Sólidos e gases

Uma classe muito comum de sistemas heterogêneos em química são sólidos ou gases com vários componentes. Por exemplo, a pizza na imagem se enquadra nessa classificação. E se, em vez de queijo, pimentão, anchova, presunto, cebola, etc., carregasse enxofre, carvão, fósforo e cobre, haveria outro sólido heterogêneo.

O enxofre se destaca por sua cor amarela; carvão por ser um sólido preto; a partida é vermelha; e cobre brilhante e metálico. Todos são sólidos, portanto, o sistema consiste em uma fase, mas com vários componentes. Na vida cotidiana, exemplos desse tipo de sistema são incalculáveis.

Além disso, os gases podem formar misturas heterogêneas, especialmente se tiverem cores ou densidades diferentes. Eles podem arrastar partículas muito pequenas, como é o caso das partículas de água dentro das nuvens. À medida que crescem, absorvem a luz visível e, como resultado, as nuvens ficam acinzentadas.

Um exemplo de um sistema heterogêneo de gás sólido é a fumaça, composta de partículas muito pequenas de carvão. Por esse motivo, a fumaça da combustão incompleta é de cor enegrecida.

Métodos de fracionamento

As fases ou componentes de um sistema heterogêneo podem ser separados, aproveitando as diferenças em suas propriedades físicas ou químicas. Dessa maneira, o sistema original é dividido até restarem apenas fases homogêneas. Alguns dos métodos mais comuns são os seguintes.

Filtragem

A filtração é usada para separar um sólido ou precipitado de um líquido. Assim, as duas fases conseguem se separar, embora com um certo nível de impureza. Por esse motivo, o sólido é geralmente lavado e subsequentemente seco em um forno. Este procedimento pode ser realizado aplicando vácuo, ou simplesmente com gravidade.

Decantação

Este método também é útil para separar um sólido de um líquido. Difere um pouco do anterior, pois o sólido geralmente possui uma consistência firme e é completamente depositado no fundo do recipiente. Para fazer isso, basta inclinar a boca do recipiente em um ângulo adequado para que o líquido saia.

Da mesma forma, a decantação permite separar dois líquidos, ou seja, um sistema líquido-líquido. Nesse caso, um funil de separação é usado.

A mistura bifásica (dois líquidos imiscíveis) é transferida para o funil, e o líquido com menor densidade será localizado na parte superior; enquanto aquele com a maior densidade, na parte inferior, em contato com a abertura da saída.

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Fonte: Pixabay

A imagem superior representa um funil de separação ou separação. Esse material de vidro também é usado para realizar extrações líquido-líquido; isto é, extrai um soluto do líquido inicial adicionando outro líquido no qual é ainda mais solúvel.

Rastreio

A triagem é usada para separar componentes sólidos de tamanhos diferentes. É muito comum encontrar uma peneira na cozinha para limpar os grãos, purificar a farinha de trigo ou remover resíduos sólidos de sucos espessos. Em química, pode ser usado para separar pequenos cristais dos maiores.

Imaginação

Este método é usado para sistemas sólido-sólido, onde um ou mais componentes são atraídos para um ímã. Assim, a fase heterogênea inicial é purificada à medida que o ímã remove os elementos ferromagnéticos. Por exemplo, a magnetização é usada para separar a lata do lixo.

Centrifugação

A centrifugação separa um sólido em suspensão de um líquido. Não pode ser filtrado porque as partículas nadam uniformemente, ocupando todo o volume do líquido. Para separar ambas as fases, uma quantidade da mistura heterogênea é submetida a uma força centrífuga, que deposita o sólido no fundo do tubo da centrífuga.

Sublimação

O método de separação por sublimação é aplicado apenas para sólidos voláteis; isto é, para aqueles com alta pressão de vapor a baixas temperaturas.

Ao aquecer a mistura heterogênea, o sólido volátil escapa para a fase gasosa. Um exemplo de sua aplicação é a purificação de uma amostra contaminada com iodo ou cloreto de amônio.

Exemplos

Até agora, vários exemplos de sistemas químicos heterogêneos foram mencionados. Para complementá-los, outros adicionais e outros fora do contexto químico estão listados abaixo:

-O granito, as pedras de um rio, as montanhas ou qualquer rocha com estrias de várias cores.

-Os minerais também contam como sistemas heterogêneos, pois são formados por vários tipos de estruturas sólidas compostas por íons. Suas qualidades são o produto da interação entre os íons de uma estrutura cristalina e as impurezas.

-Os refrigerantes. Neles existe um balanço líquido-gás que, ao diminuir a pressão externa, diminui a solubilidade do gás dissolvido; por esse motivo, muitas bolhas (soluto gasoso) são observadas ascendendo à superfície do líquido quando são descobertas.

– Qualquer meio de reação que envolva reagentes em diferentes fases e que também precise de um agitador magnético para garantir uma velocidade de reação mais alta.

-Os catalisadores heterogêneos. Esses sólidos fornecem locais em sua superfície ou poros onde o contato entre os reagentes é acelerado e não interferem ou sofrem uma transformação irreversível na reação.

-Uma parede frisada, uma parede de mosaico ou o projeto arquitetônico de um edifício.

-As geleias multicamadas de muitos sabores.

-O cubo de Rubik.

Referências

  1. Equilíbrio em sistemas heterogêneos. Recuperado de: science.uwaterloo.ca
  2. Fernández G. (7 de novembro de 2010). Sistemas homogêneos e heterogêneos. Recuperado de: chemistryfisica.com
  3. Jill (7 de junho de 2006). Sistemas homogêneos e heterogêneos. Recuperado de: chemistryforstudents.blogspot.com
  4. LoveToKnow (2018). Exemplos de mistura heterogênea. Recuperado de: examples.yourdictionary.com
  5. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica Nos elementos do grupo 15. (quarta edição). Mc Graw Hill
  6. Wikipedia (2018). Homogeneidade e heterogeneidade. Recuperado de: en.wikipedia.org
  7. F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg. (2001) Química Inorgânica Recuperado de: books.google.com

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