Гомогенные и гетерогенные системы

В пробирку до краев налили некоторый раствор, например, поваренной соли или сахара, или медного купороса, или серной кислоты — все равно. Пробирку заткнули пробкой так, чтобы в ней не осталось пузырьков воздуха. В этом случае содержимое пробирки совершенно однородно: качественный и количественный состав одинаков во всех частях системы. Полностью однородная система называется однофазной. Открыли пробирку, вылили половину раствора, вновь закрыли. Теперь содержимое пробирки состоит из двух частей: одна часть — раствор, другая — воздух. Каждая из этих частей однородна по составу, но состав частей различен, и части разделены отчетливой границей раздела.

Однородная часть системы называется фазой. Фазы отделяются друг от друга поверхностями раздела.

В данном случае мы получили двухфазную систему. В пробирку, наполовину заполненную раствором NaCl, бросили кусочек кварца. Это будет уже трехфазная система. Но вот сколько фаз будет в пробирке, если в нее бросить не кусочек кварца, а щепотку кварцевой пыли? Вспомним: фаза — это однородная часть системы, отделенная от других фаз поверхностью раздела. Если все пылинки имеют одинаковый состав, то все они будут однородной частью системы и будут составлять одну фазу — твердый Si0₂. Хорошо взболтаем пробирку с раствором и кварцевой пылью и добавим в нее несколько капель раствора нитрата серебра. При этом пройдет реакция: NaCl + AgN0₃ = AgCU + NaNQ3 • Как известно, хлорид серебра очень плохо растворим и выпадает в осадок. Теперь в пробирке четыре фазы — газ, жидкость и две твердых фазы, так как пылинки кварца отличаются по составу от «пылинок» хлорида серебра.

Твердые вещества, как правило, образуют самостоятельные фазы. Жидкости могут смешиваться, например серная кислота и вода или бензин и керосин, а могут и не смешиваться, образуя две жидких фазы, например вода и бензин. Любая смесь Газов однофазна.

Однофазные системы чаще называют гомогенными. Система, образованная двумя или более фазами, называется гетерогенной.

Фазы обычно разделяются по признаку агрегатного состояния на твердые, жидкие и газовые. Кроме того, все фазы можно разделить на две категории — фазы постоянного состава и фазы переменного состава. В нашем последнем примере состав жидкой фазы — раствора, содержащего много ионов Na*, С Г, N0^, очень мало ионов Ag⁺, SiOl", Н⁺, ОН" и растворенных из воздуха молекул 0₂, N₂, может в определенных пределах меняться. Например, можно увеличить концентрацию NaCl или добавить еще Н ⁺, прилив немного НС1 или HN0₃. Изменение состава приведет и к изменению свойств жидкой фазы.

Точно так же может изменяться состав газовой фазы над раствором. Количество водяного пара, растворимость кислорода и азота зависят от температуры. Раствор или газ над ним — это фазы переменного состава. Две другие фазы — твердые Si0₂ и AgCl имеют определенный и неизменный состав — это фазы постоянного состава. В системе может меняться только масса этих фаз, но их качественный и количественный составы остаются все время неизменными.

Разумеется, возможны случаи, когда и жидкая, и газовая фазы будут иметь постоянный состав. В системе ртуть — азотная кислота идет реакция.

и во времени меняется состав водной фазы — уменьшается количество кислоты, увеличивается количество нитрата ртути. Меняется и состав газовой фазы над раствором. Но состав ртутной фазы остается неизменным, так как все присутствующие в системе вещества в ртути практически нерастворимы.

Если прокаливать карбонат кальция, то он разлагается по реакции.

В системе СаСО, — воздух появление СО_а будет менять состав газовой фазы. Но если прокаливать СаСО_э в замкнутой системе, из которой предварительно выкачан воздух, то в газовой фазе присутствует только С0₂ и ее состав будет постоянным.