Sistemi di materiale

Spieghiamo quali sistemi materiali, le loro proprietà, la classificazione e diamo diversi esempi

Quali sono i sistemi di materiali?

UN Sistema di materiale, In chimica e altre scienze, corrisponde a una parte dell'universo formata dalla materia e che si separa dall'ambiente circostante per studiarlo.

Ad esempio, quando un chimico dice che studierà le proprietà di una soluzione, questa soluzione corrisponde a un sistema di materiale, poiché è formata dalla materia e il chimico lo studia separatamente all'ambiente circostante.

Proprietà dei sistemi di materiali

Hanno massa e occupano un posto nello spazio

Questa proprietà deriva dal semplice fatto di essere formata dalla materia. Questo è definito come tutto ciò che ha massa e volume, quindi, essendo formati dalla materia, i sistemi avranno anche massa e volume.

Queste due proprietà sono generali per qualsiasi sistema, indipendentemente dalla sua composizione e sono proprietà estese, poiché dipendono dalla quantità di materia che contiene.

Possono essere di qualsiasi dimensione

Finché sono composti dalla materia e c'è un bordo ben definito con l'ambiente circostante, i sistemi di materiale possono essere piccoli o grandi quanto vuoi.

Ad esempio, i fisici delle particelle studiano la materia a scale persino inferiore alla dimensione di un atomo. In questi casi, il sistema può essere formato dalla regione in cui due protoni ad alta velocità si scontrano al frammento in minuscole particelle chiamate Quarks.

Illustrazione della collisione tra due particelle nel Collider Hadron. In esempio di un sistema di materiale formato da piccole particelle

D'altra parte, i cosmologi che studiano galassie distanti, buchi neri e tutti i tipi di oggetti celesti esotici studiano anche sistemi di materiale in imitabilmente enormi scale.

Ha confini ben definiti

Una delle caratteristiche più importanti per definire un sistema è che può essere chiaramente distinto dove finisce il sistema e dove inizia l'ambiente circostante. Ciò significa che un sistema di materiale deve avere bordi ben definiti.

È anche importante essere in grado di definire o conoscere le caratteristiche di questi confini, poiché ciò facilita il suo studio.

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Ad esempio, un sistema potrebbe essere un gas contenuto in un cilindro con un pistone mobile che consente la compressione o l'espansione del suo volume o potrebbe essere limitato in un reattore in metallo rigido che non consente le modifiche nella sua forma e volume.

D'altra parte, un altro sistema potrebbe essere una tazza di caffè confinata in un thermos le cui pareti sono adiabatiche (che non consentono il trasferimento di calore da o al sistema).

Proprietà specifiche

I sistemi di materiali hanno anche una serie di proprietà che non dipendono dalla loro dimensione o dalla quantità di materia ma piuttosto dal tipo di soggetto di cui si formano.

Alcuni esempi di proprietà che caratterizzano un sistema di materiale sono il colore, la luminosità, la conducibilità termica ed elettrica, la densità, ecc.

Classificazione dei sistemi di materiali

I sistemi di materiale possono essere molto vari a seconda delle caratteristiche del soggetto che li compone. Innanzitutto, puoi distinguere due tipi di sistemi materiali in base al numero di diverse fasi che possiamo distinguere con l'occhio nudo. Queste sono le Sistemi omogenei, sistemi eterogenei e disomogenei.

Questi sistemi possono essere divisi in altre classi di sistemi materiali in base alla loro composizione.

1. Classificazione dei sistemi di materiali in base al numero di fasi

Quando osserviamo un sistema di materiale ad occhio nudo o addirittura con l'aiuto del microscopio, possiamo o meno distinguere parti del sistema che sono diverse l'una dall'altra. Ciò si traduce in diversi tipi di sistemi:

Sistemi di materiali omogenei

Sono quelli in cui si distingue solo un tipo di materia, anche quando si guardano il sistema molto da vicino con l'uso di un microscopio. I sistemi omogenei sono caratterizzati perché le loro proprietà sono esattamente le stesse ovunque nel sistema che si osserva.

Tutte le regioni di un sistema omogeneo hanno esattamente la stessa composizione e, quindi, le stesse proprietà intensive come colore, densità, ecc. Si dice che i sistemi omogenei siano formati da una singola fase di materia.

• Esempi

L'acqua pura è un esempio di un sistema omogeneo, poiché è impossibile distinguere una goccia d'acqua da un'altra in un bicchiere pieno d'acqua. Inoltre, qualsiasi goccia d'acqua che prendiamo da un lato del sistema avrà le stesse caratteristiche e proprietà di qualsiasi altra goccia presa da un'altra parte del sistema.

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Un blocco di bronzo o qualsiasi altra lega è anche un esempio di un sistema di materiale omogeneo, poiché ha una composizione uniforme nella sua interezza.

Sistemi di materiali eterogenei

I sistemi eterogenei sono quelli che a prima vista o con l'uso di un microscopio si può notare che è formato da più di una fase. Ciò significa che le regioni di sistema possono essere viste con caratteristiche diverse e che sono fisicamente separate dagli altri attraverso bordi definiti.

Un sistema eterogeneo è formato da diverse fasi non miscelate di sistemi omogenei.

• Esempi

La sabbia e il granito sono classici esempi di sistemi eterogenei, poiché quando guardi da vicino puoi vedere chiaramente che sono formati da particelle di dimensioni, forme e colori diverse.

Come si può vedere nell'immagine, il granito è formato da molte diverse fasi dei colori, quindi è un sistema di materiale eterogeneo

Una bistecca di carne è anche un sistema eterogeneo, poiché distingue chiaramente le aree in cui vi sono tessuti rossi e altri dove ci sono grassi bianchi.

Sistemi di materiali disomogenei

Questi sono sistemi che a prima vista sembrano omogenei, poiché diverse fasi non sono chiaramente distinte, ma che hanno composizioni e proprietà diverse in parti diverse. Sono caratterizzati presentando un cambiamento graduale e continuo di composizione e proprietà da una regione del sistema a un'altra.

• Esempio

Un esempio è l'atmosfera, che è formata dall'aria, una sostanza gassosa apparentemente omogenea. Tuttavia, se l'aria dell'atmosfera superiore viene analizzata e confrontata con il livello del mare, si osserva che è meno densa, contiene meno concentrazione di ossigeno, ha una temperatura diversa, ecc. Pertanto, è un sistema disomogeneo.

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2. Classificazione dei sistemi di materiali secondo La sua composizione

Sostanze pure

Le sostanze pure sono sistemi omogenei formati da un singolo tipo di sostanza. Possono essere riconosciuti perché non è possibile separarli in altre sostanze più semplici con mezzi fisici come filtrazione, distillazione, evaporazione, ecc.

Le sostanze pure possono essere di due tipi:

• Elementi o sostanze elementari: Questi non possono essere separati in altre sostanze più semplici o con mezzi fisici o chimici.
• Composti: Quelle sostanze pure formate da più di un elemento sono.

Esempi

L'ossigeno gassoso, il ferro metallico e il bromo liquido sono esempi di sostanze elementari pure.

D'altra parte, l'acqua, l'anidride carbonica e l'acido solforico sono esempi di composti.

Miscele

Le miscele sono sistemi di materiali formati da più di una sostanza pura. Si possono distinguere due tipi di miscele:

• Miscele omogenee: Chiamate anche soluzioni, sono quelle in cui tutte le sostanze sono in una fase.
• Miscele eterogenee: Sono miscele in cui le sostanze si trovano in diverse fasi diverse l'una dell'altra.

Esempi

L'acqua di mare è un esempio di una miscela omogenea tra acqua e sale. Le bevande alcoliche sono anche, poiché sono costituite da acqua, alcol e altre sostanze, tutte nella stessa fase.

Un pezzo di legno è un sistema di materiale formato da un gran numero di sostanze mescolate in diverse fasi, quindi è una miscela eterogenea.