Химические системы. 
Химия

ЧТО ТАКОЕ ХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Изучив материал, изложенный в главе 4, обучающийся должен:

знать

• основные понятия и определения, связанные с химическими системами: гомогенные и гетерогенные системы, условия существования систем; фазовые равновесия веществ;

уметь

• • различать гомогенные и гетерогенные, открытые, закрытые, изолированные системы;
• • «читать» фазовые диаграммы;

владеть

• представлениями об условиях существования систем.

Основные понятия и определения

В химии, как в научных исследованиях, так и при ее практическом использовании, приходится иметь дело с колоссальным числом частиц — атомов, молекул или ионов. Одинаковые или разные, эти частицы объединяются вместе, образуя систему. Химическая система характеризуется семейством понятий, определений, формулировок, как содержательных (что есть что), так и формальных (каковы связи, соотношения между частями, элементами системы). Лишь в рамках такого семейства определений можно выразить основные принципы построения каждой конкретной системы и связей внутри нее.

Простейшими частями химической системы, вообще говоря, являются атомы, молекулы или ионы. Однако конкретная система образуется не из абстрактных атомов, а из вполне конкретных веществ, которые могут реагировать друг с другом, вступая в химические реакции. Очень важно не только то, из каких веществ состоит система, но и то, при каких условиях она находится. Невозможно рассматривать химическую систему в отрыве от условий, в которых она существует.

• Химической системой называется ограниченная часть пространства, включающая какие-либо вещества. Все, что не входит в систему, называется внешней средой.

Прежде всего система должна быть ограничена. Например, стеклянные стенки стакана, в котором слиты растворы реагирующих веществ, ограничивают химическую систему (рис. 4.1). Стальной баллон ограничивает находящийся в нем газ. В этих случаях границы системы очевидны.

Но часто систему ограничивают лишь мысленно: горящая свеча образует систему вместе с воздухом, в котором она горит, и система — пламя свечи — не имеет реальной границы, хотя мы видим пламя и можем говорить о его форме и размерах (рис. 4.2).

Рис. 4.1. Химическая система может быть ограничена стенками сосуда, в котором она находится:

а — раствор в стакане; б — газ в баллоне.

Рис. 4.2. Пламя горящей в воздухе свечи образует химическую систему, которая может быть ограничена только мысленно.

Система может обмениваться с внешней средой веществами (массой) и энергией. Например, пламя свечи может существовать, если только в него поступает из внешней среды кислород, а продукты сгорания, в том числе и теплота, отводятся во внешнюю среду. Если система обменивается с внешней средой веществами (массой) и энергией, она называется открытой. Если обмена веществами не происходит — система называется закрытой. Если же нет обмена ни массой, ни энергией, тогда система называется изолированной.

Например, разбавленный раствор серной кислоты в открытом стакане (рис. 4.3) представляет собой открытую систему — в зависимости от температуры вода будет либо испаряться из раствора во внешнюю среду (за край стакана), если раствор нагревать, либо поглощаться серной кислотой из внешней среды (влажного воздуха за краем стакана), если раствор охлаждать.

Тот же раствор в запаянной ампуле — пример закрытой системы, а налитый в хороший термос, плотно закрытый пробкой, образует изолированную систему.

Рис. 43. Виды системы «раствор серной кислоты — водяной нар»:

а — открытая; б — закрытая; в — изолированная.