Sistemas de Materiais: Classificação, Fases e Exemplos - Ciência - 2023

Contente

o sistemas materiais Eles são todos aqueles que são compostos de matéria e que estão isolados do resto do universo a ser estudado. A matéria está em toda parte, dando forma e sentido real às percepções da vida cotidiana, mas quando você quer estudar uma porção da matéria, seu entorno é desprezado e falamos de um sistema material.

São altamente variáveis, pois existem materiais puros e compostos, bem como diferentes estados e fases de agregações. Como definir a fronteira entre o sistema material e seus arredores? Tudo depende das variáveis consideradas. Por exemplo, na imagem abaixo cada bolinha de gude pode ser o sistema em estudo.

No entanto, se a variável de cor deve ser levada em consideração, é necessário considerar todas as bolas de gude na máquina de venda automática. Como a máquina não interessa, este é o ambiente dos mármores. Assim, o sistema material do exemplo passa a ser a massa dos mármores e suas propriedades (sejam estas de goma de mascar, menta, etc.).

Porém, quimicamente, os sistemas materiais são definidos como qualquer substância pura ou uma mistura das mesmas, classificada de acordo com seus aspectos físicos.

Classificação

Sistema de material homogêneo

A matéria em estudo pode apresentar uma aparência uniforme, em que suas propriedades permanecem constantes independentemente da amostra em análise. Em outras palavras: esse tipo de sistema é caracterizado por ter apenas uma fase da matéria à primeira vista.

Substância pura e compostos

Se uma substância pura for analisada, verificar-se-á que as propriedades físico-químicas coincidem nos mesmos valores e resultados, mesmo que sejam recolhidas muitas amostras (e em diferentes áreas geográficas).

Por exemplo, se uma amostra de cálcio fosse comparada a uma da Ásia, Europa, África e América, todas teriam as mesmas propriedades. O mesmo aconteceria se uma amostra de carbono puro fosse retirada.

Por outro lado, um composto puro também manifesta o acima mencionado. Se fosse garantido que uma ardósia era composta por um único material, ela seria classificada como um sistema de material homogêneo.

No entanto, isso não acontece para uma amostra mineral, pois em geral ela abriga impurezas de outros minerais associados, sendo neste caso um sistema de materiais heterogêneos. Da mesma forma, esses sistemas materiais como árvores, pedras, montanhas ou rios se enquadram na última classificação.

Dissolução

O vinagre comercial é uma solução aquosa de ácido acético a 5%; isto é, 5 mL de ácido acético puro são dissolvidos em 100 mL de água. No entanto, tem o aspecto de um líquido transparente, embora na realidade sejam dois compostos puros (água e ácido acético) combinados.

Sistema de material heterogêneo

Em contraste com o homogêneo, nesta classe de sistema nem a aparência nem as propriedades são constantes, sendo irregulares ao longo de sua extensão.

Além disso, pode ser submetido a técnicas de separação física ou química, das quais são extraídas fases que são consideradas como um sistema homogêneo.

Fases

A imagem superior mostra os estados da matéria e suas mudanças. Eles estão intimamente relacionados às fases da matéria porque, embora sejam iguais, têm algumas diferenças sutis.

Assim, as fases de um sistema material são o sólido, o líquido e o gasoso. Ou seja, para determinada matéria sujeita a análise, pode adotar qualquer uma das fases anteriores.

No entanto, como as interações em 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 a fase I; mas quando a pressão sobre ele é muito alta, suas moléculas se reorganizam de uma forma mais compacta, e então ocorre uma transição da fase I para a fase sólida II.

Existem ainda outras fases, como III e IV, que derivam de II em temperaturas diferentes. Assim, o sistema 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 uma fase gasosa II.

Diagrama de fase

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 ternário (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 da temperatura (eixo x).

Em baixas pressões é um gás, independente de sua temperatura. No entanto, ao aumentar a pressão, o gás Y é depositado no Y sólido.

No entanto, em temperaturas acima do ponto crítico Y, o gasoso condensa-se no líquido Y e, se a pressão também aumentar (aumenta-se verticalmente no diagrama), o líquido se solidifica.

Cada linha representa o equilíbrio entre as duas fases que ela separa: sólido-gás, líquido-gás, sólido-líquido, líquido-sólido e sólido-líquido-gás no ponto triplo.

Além disso, a partir do ponto crítico Y, nenhuma distinção física é mostrada entre a fase gasosa e a fase líquida: ela 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 subirá ao céu.

- O sistema binário água-óleo tem duas fases: uma de água e outra, logicamente, de óleo. O conjunto de ambos é o sistema heterogêneo, enquanto as camadas individuais são sistemas homogêneos. Se você quisesse extrair o óleo, seria necessário realizar 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 torna este caso um sistema heterogêneo.

- A água do mar é outro exemplo de sistema homogêneo de materiais. Consiste na dissolução de muitos íons, responsáveis por seu sabor salgado característico. Se uma amostra de água do mar evaporar em um recipiente, ela se acumula em sais brancos.

Referências

Um sistema e seus arredores. Obtido em 27 de maio de 2018, em: chem.libretexts.org
Antonio de Ulloa. Sistemas de materiais. [PDF]. Obtido em 27 de maio de 2018, em: 2.educarchile.cl
Daniel J. Berger. (2001). Obtido em 27 de maio de 2018, em: bluffton.edu
O sistema e os arredores em química. Obtido em 27 de maio de 2018, em: chemteam.info
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (6 de fevereiro de 2018). Definição de Sistema Aberto em Química. Obtido em 27 de maio de 2018, em: Thoughtco.com
Centro de Pesquisa Glen. Fases da matéria. Obtido em 27 de maio de 2018, em: grc.nasa.gov
Alison H. (15/09/2006). Lançamento de balão. Obtido em 28 de maio de 2018 em: flickr.com