Os sistemas de materiais são aqueles que são compostas de matéria e que são isolados do resto do universo a ser estudado. A matéria está em toda parte, dando forma e significado reais às percepções da vida cotidiana, mas quando você deseja estudar uma parte da matéria, seus ambientes são negligenciados e o sistema material é discutido.
São muito variáveis, pois existem questões puras e compostas, além de diferentes estados e fases de agregações. Como definir a fronteira entre o sistema material e seus arredores? Tudo depende das variáveis que são consideradas. Por exemplo, na imagem abaixo, cada mármore para doces pode ser o sistema em estudo.
No entanto, se a variável de cor deve ser levada em consideração, é necessário considerar todos os mármores da máquina distribuidora. Como a máquina não é de interesse, esse é o ambiente dos mármores. Assim, o sistema material do exemplo se torna a massa dos mármores e suas propriedades (sejam eles chiclete, hortelã, etc.).
No entanto, quimicamente os sistemas de materiais são definidos como qualquer substância pura ou mistura dos mesmos, sendo classificados de acordo com seus aspectos físicos.
Classificação
Sistema de material homogêneo
A matéria estudada pode mostrar uma aparência uniforme, na qual suas propriedades permanecem constantes, independentemente da amostra que está sendo analisada. Em outras palavras: esse tipo de sistema é caracterizado por ter uma única fase da matéria à primeira vista.
Substância e compostos puros
Se uma substância pura for analisada, será verificado que as propriedades físico-químicas coincidem em valores e resultados iguais, mesmo que muitas amostras sejam coletadas (e em diferentes áreas geográficas).
Por exemplo, se uma amostra de cálcio fosse comparada com uma da Ásia, Europa, África e América, todas teriam as mesmas propriedades. O mesmo aconteceria se uma amostra de carvão puro fosse coletada.
Por outro lado, um composto puro também manifesta o mencionado acima. Se for garantido que uma placa seja feita de um único e único material, ela será classificada como um sistema de material homogêneo.
No entanto, isso não ocorre para uma amostra mineral, pois geralmente contém impurezas de outros minerais associados e, nesse caso, é um sistema de material heterogêneo. Além disso, esses sistemas materiais, como árvores, pedras, montanhas ou rios, se enquadram nessa última classificação.
Dissolução
O vinagre comercial é uma solução aquosa a 5% de ácido acético; isto é, que 5 mL de ácido acético puro se dissolvem em 100 mL de água. No entanto, sua aparência é um líquido transparente, embora na realidade sejam dois compostos puros (água e ácido acético) combinados.
Sistema de material heterogêneo
Ao contrário do homogêneo, nesse tipo de sistema nem a aparência nem as propriedades são constantes, sendo irregulares ao longo de seu comprimento.
Além disso, pode ser submetido a técnicas de separação física ou química, das quais são extraídas as fases consideradas cada um como um sistema homogêneo.
Fases
Os estados da matéria e suas mudanças são mostrados na imagem acima. Elas estão intimamente relacionadas às fases da matéria, porque, embora sejam iguais, apresentam algumas diferenças sutis.
Assim, as fases de um sistema de materiais são o sólido, o líquido e o gás. Ou seja, para um determinado assunto em análise, ele pode adotar qualquer uma das fases anteriores.
No entanto, como as interações nos sólidos são muito fortes e dependem de variáveis como pressão e temperatura, um sistema pode ou não ter diferentes fases sólidas.
Por exemplo, o composto X, sólido à temperatura ambiente, tem uma fase I; mas quando a pressão sobre ele é muito alta, suas moléculas se reordenam de forma mais compacta e ocorre uma transição da fase I para a fase sólida II.
Existem ainda outras fases, como III e IV, que derivam de II a diferentes temperaturas. Assim, o sistema de material homogêneo de X de uma fase sólida aparente pode adquirir até quatro fases sólidas: I, II, III e IV.
No caso de sistemas líquidos e gasosos, geralmente as moléculas só podem adotar uma única fase nesses estados da matéria. Em outras palavras, pode não haver uma fase gasosa I e outra II.
Diagrama de fases
Existem muitos diagramas de fase: alguns para um único composto ou substância (como o da imagem acima) e outros para sistemas binários (um sal na água, por exemplo) ou ternários (três componentes).
O mais “simples” de todos é o diagrama de fases de uma substância. Assim, para a substância hipotética Y, sua fase é representada em função da pressão (eixo y) e temperatura (eixo x).
Em baixas pressões, é um gás, independentemente de sua temperatura. No entanto, o aumento da pressão do gás Y é depositado no Y sólido.
No entanto, a temperaturas acima do ponto crítico Y, o gás condensa no líquido Y e, se a pressão também for aumentada (sobe verticalmente pelo diagrama), o líquido solidifica.
Cada linha representa o equilíbrio entre as duas fases que separam: gás sólido, gás líquido, líquido sólido, líquido sólido e gás sólido líquido no ponto triplo.
Além disso, do ponto crítico Y, nenhuma distinção física é mostrada entre a fase gasosa e a fase líquida: forma o que é conhecido como fluido supercrítico.
Exemplos
– Um balão é um sistema material, pois seu conteúdo é gasoso e, portanto, possui natureza química; Se o gás for menos denso que o ar, o balão ascenderá ao céu.
– O sistema binário de água e óleo tem duas fases: uma de água e outra, é claro, de óleo. O conjunto de ambos é o sistema heterogêneo, enquanto as camadas individuais são sistemas homogêneos. Se o óleo fosse extraído, seria necessária uma extração líquido-líquido com um solvente orgânico e volátil.
– Um sistema sólido-sólido pode consistir em uma mistura de açúcar branco e açúcar mascavo. Aqui, a diferença de cor entre os cristais faz deste caso um sistema heterogêneo.
– A água do mar é outro exemplo de sistema de material homogêneo. Consiste em uma solução de muitos íons, responsáveis por seu sabor salgado característico. Se uma amostra de água do mar fosse evaporada em um recipiente, ela se depositaria nesses sais brancos.
Referências
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