材料システム：分類、フェーズ、例 - 化学

材料システムは問題で構成されており、これを研究するために、宇宙の残りの部分から隔離されているものです。物質はどこにでも存在し、日常生活の認識に形と本当の意味を与えますが、物質の一部を研究することが望まれる場合、その周囲は軽視され、物質的なシステムについて話します。

純粋な材料と複合材料があり、凝集のさまざまな状態とフェーズがあるため、変数は非常に変動します。マテリアルシステムとその周囲の境界を定義するにはどうすればよいですか？それはすべて、考慮される変数に依存します。たとえば、下の画像では、キャンディーマーブルごとに調査中のシステムが考えられます。

ただし、色の変数を考慮する場合は、自動販売機のすべてのビー玉を考慮する必要があります。マシンは興味がないので、これはビー玉の環境です。したがって、この例のマテリアルシステムは、ビー玉の質量とその特性（ガム、ミントなど）になります。

ただし、化学的に、材料システムは、物理的な側面に従って分類された、純粋な物質またはその混合物として定義されます。

均質材料システム

調査中の物質は、分析対象のサンプルに関係なくその特性が一定である均一な外観を示す可能性があります。つまり、この種のシステムは、一見すると物質のフェーズが1つしかないという特徴があります。

純粋な物質が分析された場合、物理化学的特性が同じ値と結果で一致することがわかります。これは、多くのサンプルが取得された場合（および地理的領域が異なる場合）でも同じです。

たとえば、カルシウムサンプルをアジア、ヨーロッパ、アフリカ、アメリカのサンプルと比較すると、すべて同じ特性になります。純粋な炭素のサンプルを採取した場合も同様です。

一方、純粋な化合物も上記のことを示している。スレートが唯一の材料でできていることが保証されている場合、それは均質材料システムとして分類されます。

ただし、これは鉱物サンプルでは発生しません。これは、一般に、関連する他の鉱物からの不純物が含まれているためです。同様に、木、石、山、川などの物質系は、後者の分類に分類されます。

市販の酢は酢酸の5％水溶液です。つまり、5 mLの純粋な酢酸が100 mLの水に溶解されます。ただし、実際には2つの純粋な化合物（水と酢酸）を組み合わせたものですが、透明な液体のように見えます。

同種のものとは対照的に、このクラスのシステムでは、外観も特性も一定ではなく、その拡張全体にわたって不規則です。

さらに、それは物理的または化学的分離技術に供することができ、そこから相が抽出され、それぞれが均一系と見なされます。

上の画像は、物質の状態とその変化を示しています。これらは同じですが、微妙な違いがあるため、問題のフェーズと密接に関連しています。

したがって、材料系の相は、固体、液体、気体です。つまり、分析の対象となる特定の問題については、前のフェーズのいずれかを採用できます。

ただし、固体内の相互作用は非常に強く、圧力や温度などの変数に依存するため、システムに異なる固相がある場合とない場合があります。

たとえば、室温で固体の化合物XはフェーズIを持ちます。しかし、圧力が非常に高い場合、その分子はよりコンパクトに再配列し、次にフェーズIから固相IIへの遷移が発生します。

IIIやIVなど、異なる温度でIIから派生する他のフェーズもあります。したがって、見かけの固相のXの均質な材料系は、最大4つの固相I、II、III、IVを取得できます。

液体および気体のシステムの場合、一般に、分子はこれらの物質の状態で単一相しか採用できません。言い換えれば、気相Ｉおよび気相ＩＩがなくてもよい。

多くの相図があります：単一の化合物または物質（上図のような）の場合と、二成分系（水中の塩など）または三成分の場合（3つの成分）の相図があります。

すべての「最も簡単な」は物質の相図です。したがって、仮想物質Yの場合、その相は圧力（y軸）と温度（x軸）の関数として表されます。

低圧では、温度に関係なくガスです。ただし、圧力を上げると、Yガスが固体Yに堆積します。

ただし、臨界点Yを超える温度では、ガスは凝縮して液体Yになり、圧力も増加すると（図では垂直に上昇します）、液体は凝固します。

各線は、それが分離する2つの相（固気、液気、固液、液固、固液ガス）の間の平衡点を示します。

さらに、臨界点Yからは、気相と液相の間に物理的な違いは示されません。これは、超臨界流体として知られているものを形成します。

-バルーンは内容物が気体であり、したがって化学的性質を持っているため、材料システムです。ガスが空気よりも密度が低い場合、風船は空に上がります。

-水と油のバイナリシステムには2つのフェーズがあります。1つは水、もう1つは論理的には油です。両方のセットは異種システムですが、個々のレイヤーは同種システムです。油を抽出したい場合は、有機溶剤と揮発性溶剤で液液抽出を行う必要があります。

-固固系は、白糖と黒糖の混合物で構成できます。ここでは、結晶間の色の違いにより、この場合は不均一なシステムになります。

-海水は均質材料システムのもう1つの例です。それは、特徴的な塩味の原因である多くのイオンの溶解で構成されています。海水のサンプルがコンテナ内で蒸発した場合、それは白い塩に沈殿します。