不均質なシステム：特性と例 - 化学 - 2025

不均一系は、その見かけの均質性にもかかわらず、その特性は、空間内の特定の位置に変えることができるものです。空気の組成は、例えば、均一な気体の混合物であるにもかかわらず、高度によって変化します。

しかし、システムとは何ですか？システムは一般に、全体として機能する相互に関連する要素のセットとして定義されます。特定の機能を実行するためにその要素が介入することも追加できます。これは、消化器系、循環系、神経系、内分泌系、腎臓系、呼吸器系の場合です。

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ただし、システムはコップ1杯の水と同じくらい単純なものにすることができます（上の画像）。インクの滴を追加すると、インクは色に分解され、水の全体に広がります。これも不均質なシステムの例です。

システムが物理的なオブジェクトのような正確な制限のない特定の空間で構成される場合、それはマテリアルシステムと呼ばれます。物質には、質量、体積、化学組成、密度、色などの一連の特性があります。

システムのプロパティと状態

物質の物理的性質は、広範な性質と集中的な性質に分けられます。

広範な特性

それらは、考慮されるサンプルのサイズ、たとえば、その質量や体積に依存します。

集中的な特性

それらは、考慮されるサンプルのサイズによって変化しないものです。これらのプロパティには、温度、密度、および濃度が含まれます。

素材の状態

一方、システムは、物質がこれらのプロパティに関連するフェーズまたは状態にも依存します。したがって、物質には固体、気体、液体の3つの物理的状態があります。

マテリアルは1つ以上の物理的状態を持つことができます。これは、氷と平衡状態にある液体の水、懸濁液中の固体の場合です。

均一、不均一、不均一システムの特性

均質システム

均質なシステムは、全体を通して同じ化学組成と同じ強力な特性を持つことを特徴としています。それは、固体状態、液体状態または気体状態であり得る単一の相を有する。

均一系の例：純水、アルコール、鉄鋼、水に溶解した砂糖。この混合物は、真の溶液と呼ばれるものを構成し、溶質の直径が10ミリミクロン未満であり、重力および超遠心に対して安定しています。

-異機種システム

異機種システムは、検討中のシステム内のさまざまなサイトで、いくつかの集中的なプロパティにさまざまな値を示します。部位は、膜状構造または粒子の表面である不連続性の表面によって分離されています。

水中の粘土粒子の粗い分散は、不均一系の例です。粒子は水に溶解せず、システムが攪拌されている限り、懸濁液に残ります。

攪拌が止まると、粘土粒子は重力の作用で沈降します。

同様に、血液は異種システムの例です。これは、血漿と赤血球のグループで構成され、不連続面として機能する原形質膜によって血漿から分離されています。

血漿と赤血球の内部では、ナトリウム、カリウム、塩素、重炭酸塩などの特定の元素の濃度に違いがあります。

-不均質なシステム

これは、システムのさまざまな部分で集中的なプロパティのいくつかに違いがあることを特徴としますが、これらの部分は明確に定義された不連続面によって分離されていません。

不連続面

これらの不連続面は、例えば、細胞の内部をその環境または器官を裏打ちする組織から分離する原形質膜であり得る。

不均一なシステムでは、超顕微鏡検査を使用しても不連続面は見えないと言われています。不均質なシステムのポイントは、基本的に、生体システムの空気と水溶液によって分離されます。

不均一系の2点間には、たとえば、一部の元素または化合物の濃度に差がある場合があります。ポイント間に温度差が発生することもあります。

エネルギーや物質の拡散

上記の状況では、システムの2点間で物質またはエネルギー（熱）の受動的な流れ（エネルギー消費を必要としない）が発生します。したがって、熱はより寒い場所に移動し、物質はより希釈された場所に移動します。したがって、この拡散により、濃度と温度の差が減少します。

拡散は、単純な拡散メカニズムによって発生します。この場合、それは基本的に2点間の濃度勾配の存在、それらを分離する距離、および点間の媒体を通過する容易さに依存します。

システムのポイント間の濃度差を維持するには、すべてのポイントの濃度が等しいため、エネルギーまたは物質の供給が必要です。したがって、不均質なシステムは均質なシステムになります。

不安定

不均一なシステムを強調する特徴はその不安定性であり、そのため多くの場合、そのメンテナンスには電源が​​必要です。

不均質なシステムの例

一滴のインクまたは食品着色料

水の表面に1滴の着色剤を追加することにより、最初は着色剤の濃度が水の表面で高くなります。

したがって、水のガラスの表面とその下のスポットとの間で染料の濃度に違いがあります。さらに、不連続の表面はありません。結論として、これは不均一なシステムです。

その後、濃度勾配が存在するため、着色剤の濃度がガラス中のすべての水で均一になるまで、着色剤が液体に拡散し、均一なシステムが再現されます。

水の波紋

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池の水面に石を投げると、石の衝突箇所から同心円波状に伝播する外乱が発生します。

石は、いくつかの水粒子に衝突すると、それらにエネルギーを伝達します。したがって、最初に石と接触した粒子と、表面の残りの水分子との間には、エネルギーの違いがあります。

この場合、不連続面がないため、観測されたシステムは不均一です。石の衝撃によって生成されたエネルギーは、波の形で水の表面に広がり、表面の残りの水分子に到達します。

インスピレーション

呼吸の吸気フェーズは、次のように一時的に発生します。吸気筋、特に横隔膜が収縮すると、胸郭が拡張します。これにより、肺胞の容積が増加する傾向があります。

肺胞の膨張により、肺胞内の気圧が低下し、大気圧より低くなります。これにより、空気ダクトを通じて、大気から肺胞への空気の流れが生成されます。

次に、インスピレーションの初めに、言及された解剖学的構造の間に不連続面が存在しないことに加えて、鼻孔と肺胞の間に圧力差があります。したがって、現在のシステムは不均一です。

有効期限

呼気フェーズでは、反対の現象が発生します。肺胞内圧力は大気圧よりも高くなり、呼気終末圧力が等しくなるまで、空気は肺胞から大気へとエアダクトを通って流れます。

したがって、呼気の開始時に、肺胞と鼻孔の2つのポイントの間に圧力差が存在します。さらに、示された2つの解剖学的構造の間に不連続の面はないため、これは不均一なシステムです。

参考文献

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