Разнородные или гетерогенные системы

В химии и физике, а также ряде других наук применяются различные термины для обозначения той или иной системы. Это необходимо для внесения в необходимую классификацию и упрощения изучения конкретных процессов. Гетерогенные системы в буквальном смысле системы разнородные, хоть и состоят они из однородных частей. В этом вопросе существует целый ряд особенностей, которые могут затруднять понимание этих процессов.

Как мы знаем, материя может существовать в разных состояниях. И между этими состояниями лежит весьма существенное различие, которое в конечном итоге даже влияет на свойства.

Самые распространённые гетерогенные системы - это жидкость, которая может переходить в насыщенный раствор или пар, многие сплавы и т.д. Выделяются два основных состояния вещества - кристаллическое и аморфное. Они во многом определяют те или иные физические, термодинамические и другие его свойства.

В разнородных системах наблюдаются всевозможные разрывы в непрерывности физических свойств. Учёные называют их поверхностями раздела, которые, как правило, достаточно легко определить. При изменении внешних условий эти разделы также могут смещаться в ту или другую сторону, что в итоге приводит к изменениям всех свойств. Равновесие в гетерогенных системах очень важно, если необходимо поддерживать одно состояние на протяжении всей реакции или эксперимента.

Гетерогенные реакции

Говоря о подобных системах, нельзя не упомянуть о тех направлениях работы, где они применяются. Гетерогенные реакции - это реакции, происходящие в разнородных системах, т.е. в ней участвуют вещества, находящиеся в разных фазах. Это и представляет собой полноценные гетерогенные системы.

Примерами реакций может стать растворение металлов в кислотах, разложение солей с образованием твёрдых и газообразных продуктов и некоторые другие. Также сюда относятся некоторые каталитические реакции, которые протекают на поверхности катализатора. Главная особенность подобных гетерогенных каталитических реакций состоит в том, что реагент и выделяемые продукты могут находиться в разных состояниях.

Различие фаз в целом затрудняет работу с данными реакциями, потому что осложняется транспорт веществ, перемешивание и диффузия, а активация молекул может начинаться ещё на стадии попадания на поверхность раздела.

Для протекания реакции необходимо постоянное восполнение реагентов и удаление из зоны продуктов, образующихся в результате химического процесса. При этом кинетика реакции или скорость протекания определяется конкретными веществами, скоростью самого химического превращения и теми свойствами, которыми обладают гетерогенные системы. Если никаких затруднений не возникает, а диффузия веществ поддерживается в нормальном состоянии, то скорость реакции пропорциональна размерам зоны. Это так называемая удельная скорость реакции. В данном случае учитывается концентрация, условия протекания реакции, парциальные давления и прочее. Соотношение термодинамических активностей, получаемых продуктов и исходных веществ определяет константа равновесия гетерогенной системы.

Данная константа необходима для расчёта практически любых реакций в разнородных системах. С её помощью можно будет достаточно точно определить количество исходных веществ, необходимых для полноценного протекания химической реакции, а также можно будет рассчитать точный выход продуктов. При оперировании такими данными реакция легко контролируется, кроме того, можно всегда держать под контролем направление протекания реакции. В связи с этим можно говорить, что константа равновесия крайне важна для проведения реакций в гетерогенных системах.