Зачем химии понятие системы?
В химии любой изучаемый объект — будь то биологическая ткань, колба с реагентами или смесь веществ — рассматривается как система. Главный критерий системы заключается в том, что она должна состоять из гигантского количества структурных единиц. Одиночные молекулы или атомы системами не считаются.
Разница между микро- и макроуровнем колоссальна. Рассмотрим классическую реакцию водорода с хлором ($H_2 + Cl_2$).
- На уровне системы (в смеси газов): мы можем с полной уверенностью предсказать, что в результате реакции образуется хлороводород ($HCl$). Это статистическая закономерность.
- На микроуровне (в вакууме): если столкнуть всего две молекулы, результат непредсказуем. Они могут просто отскочить друг от друга, могут распасться на отдельные атомы, а могут провзаимодействовать.
Именно поэтому все химические прогнозы и расчеты применимы исключительно к системам.
Гомогенные и гетерогенные системы
Химические системы принято делить на два больших класса в зависимости от их однородности:
- Гомогенные системы. В них состав и физико-химические свойства абсолютно одинаковы в любой, даже самой малой точке объема. Здесь нет никаких поверхностей, отделяющих одну часть системы от другой.
- Гетерогенные системы. Они состоят из нескольких фаз — частей, которые отличаются друг от друга по составу или свойствам. Между этими фазами всегда есть физическая поверхность раздела.
Яркий пример гетерогенной системы — это стакан с водным раствором хлорида натрия, в котором плавают кубики льда. В данном случае мы имеем две четкие фазы (жидкий раствор и твердый лед), между которыми существует видимая граница.
Истинные растворы и их компоненты
Особое место среди химических систем занимают истинные растворы. Это исключительно гомогенные системы, которые образуются в результате самопроизвольного дробления вещества до мельчайших структурных единиц — ионов, атомов или молекул.
Любой раствор состоит как минимум из двух компонентов:
- Растворитель — вещество, выполняющее роль среды.
- Растворенное вещество — то, что распределено в этой среде.
Важно помнить, что растворы могут находиться не только в жидком, но и в твердом агрегатном состоянии (например, металлические сплавы). А вот газовые смеси из этой категории исключаются. Расстояния между молекулами в газах настолько велики, что они практически не взаимодействуют друг с другом. Роль среды в газе играет пустое пространство, а не растворитель.
Гетерогенные дисперсии
Если вещество в системе распределено не в виде отдельных молекул или ионов, а в виде более крупных образований (капель, песчинок, порошка), такая система не является истинным раствором.
К таким гетерогенным системам относятся:
- Суспензии (твердые частицы в жидкости);
- Эмульсии (жидкость в жидкости);
- Коллоидные растворы.
Из-за этого возникает терминологическая путаница. Например, строительная смесь из цемента, песка и воды в быту называется «раствором». Однако с точки зрения химии это классическая гетерогенная суспензия, так как она не гомогенна и не раздроблена до молекулярного уровня.
Гомогенные системы — «гладкие» (как сироп, всё одинаково, границ нет). Гетерогенные — «граничные» (есть поверхности раздела, как в чае с плавающим лимоном).
Вопросы с занятий и экзамена
Почему законы химии не применяют к одиночным молекулам?
Потому что поведение одной молекулы носит случайный характер. Химические законы основаны на статистике огромного числа частиц, где случайности сглаживаются и превращаются в достоверный прогноз.
Является ли воздух раствором?
Нет. В газовых смесях расстояния между частицами во много раз превышают их размеры, а существенное взаимодействие отсутствует. Средой выступает пустое пространство.
В чем главное отличие истинного раствора от коллоидного?
В истинном растворе вещество раздроблено до атомов или молекул, система полностью гомогенна. В коллоидных растворах частицы крупнее, и система является гетерогенной.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы самопроизвольного дробления веществ в растворах
- Отличия коллоидных растворов, эмульсий и суспензий
- Твердые растворы: специфика и примеры
- Статистическая достоверность химических процессов
Разберите тему целиком в курсе «Химия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Понятие системы и растворы в химии» и ещё 2 998 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 90 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 4. Растворы»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.