SYSTÈME NON HOMOGÈNE: CARACTÉRISTIQUES ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Le système inhomogène est celui qui, malgré son apparente homogénéité, ses propriétés peuvent varier à certains endroits de l'espace. La composition de l'air, par exemple, même s'il s'agit d'un mélange homogène de gaz, change en fonction de l'altitude.

Mais qu'est-ce qu'un système? Un système est généralement défini comme un ensemble d'éléments interdépendants qui fonctionnent comme un tout. On peut également ajouter que ses éléments interviennent ensemble pour remplir une fonction spécifique. C'est le cas des systèmes digestif, circulatoire, nerveux, endocrinien, rénal et respiratoire.

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Cependant, un système peut être quelque chose d'aussi simple qu'un verre d'eau (image du haut). Notez que lorsque vous ajoutez une goutte d'encre, elle se décompose en ses couleurs et se répand sur tout le volume de l'eau. Ceci est également un exemple de système non homogène.

Lorsque le système se compose d'un espace spécifique sans limites précises comme un objet physique, alors il est appelé un système matériel. La matière a un ensemble de propriétés telles que la masse, le volume, la composition chimique, la densité, la couleur, etc.

Propriétés et états d'un système

Les propriétés physiques de la matière sont divisées en propriétés étendues et propriétés intensives.

Propriétés étendues

Ils dépendent de la taille de l'échantillon considéré, par exemple sa masse et son volume.

Les propriétés intensives

Ce sont ceux qui ne varient pas avec la taille de l'échantillon considéré. Ces propriétés comprennent la température, la densité et la concentration.

États de la matière

D'un autre côté, un système dépend également de la phase ou de l'état dans lequel la matière est liée à ces propriétés. Ainsi, la matière a trois états physiques: solide, gazeux et liquide.

Un matériau peut avoir un ou plusieurs états physiques; c'est le cas de l'eau liquide en équilibre avec la glace, solide en suspension.

Caractéristiques des systèmes homogènes, hétérogènes et non homogènes

Système homogène

Le système homogène se caractérise par la même composition chimique et les mêmes propriétés intensives partout. Il a une phase unique qui peut être à l'état solide, à l'état liquide ou à l'état gazeux.

Des exemples du système homogène sont: l'eau pure, l'alcool, l'acier et le sucre dissous dans l'eau. Ce mélange constitue ce qu'on appelle une vraie solution, caractérisée par le fait que le soluté a un diamètre inférieur à 10 millimicras, est stable à la gravité et à l'ultracentrifugation.

-Système hétérogène

Le système hétérogène présente des valeurs différentes pour certaines des propriétés intensives à différents sites du système considéré. Les sites sont séparés par des surfaces de discontinuité, qui peuvent être des structures membraneuses ou des surfaces des particules.

La dispersion grossière de particules d'argile dans l'eau est un exemple de système hétérogène. Les particules ne se dissolvent pas dans l'eau et restent en suspension tant que le système est agité.

Lorsque l'agitation cesse, les particules d'argile se déposent sous l'action de la gravité.

De même, le sang est un exemple de système hétérogène. Il est composé de plasma et d'un groupe de cellules, parmi lesquelles des érythrocytes, séparés du plasma par leurs membranes plasmiques qui fonctionnent comme des surfaces de discontinuité.

Le plasma et l'intérieur des érythrocytes présentent des différences de concentration de certains éléments tels que le sodium, le potassium, le chlore, le bicarbonate, etc.

-Système non homogène

Il se caractérise par des différences entre certaines des propriétés intensives dans différentes parties du système, mais ces parties ne sont pas séparées par des surfaces de discontinuité bien définies.

Surfaces de discontinuité

Ces surfaces de discontinuité peuvent être, par exemple, les membranes plasmiques qui séparent l'intérieur de la cellule de son environnement ou les tissus qui tapissent un organe.

On dit que dans un système non homogène, les surfaces de discontinuité ne sont pas visibles même en utilisant l'ultramicroscopie. Les points du système non homogène sont séparés fondamentalement par l'air et les solutions aqueuses dans les systèmes biologiques.

Entre deux points du système non homogène, il peut y avoir, par exemple, une différence de concentration d'un élément ou composé. Une différence de température peut également se produire entre les points.

Diffusion d'énergie ou de matière

Dans les circonstances ci-dessus, un flux passif (qui ne nécessite pas de dépense d'énergie) de matière ou d'énergie (chaleur) se produit entre les deux points du système. Par conséquent, la chaleur migrera vers les zones les plus froides et la matière vers les zones les plus diluées. Ainsi, les différences de concentration et de température diminuent grâce à cette diffusion.

La diffusion se produit par le mécanisme de diffusion simple. Dans ce cas, cela dépend fondamentalement de l'existence d'un gradient de concentration entre deux points, de la distance qui les sépare et de la facilité de franchissement du milieu entre les points.

Pour maintenir la différence de concentration entre les points du système, un apport d'énergie ou de matière est nécessaire, car les concentrations en tous les points seraient égales. Par conséquent, le système non homogène deviendrait un système homogène.

Instabilité

Une caractéristique à souligner du système non homogène est son instabilité, donc dans de nombreux cas, il nécessite une alimentation électrique pour son entretien.

Exemples de systèmes non homogènes

Une goutte d'encre ou de colorant alimentaire dans l'eau

En ajoutant une goutte de colorant à la surface de l'eau, dans un premier temps la concentration du colorant sera plus élevée à la surface de l'eau.

Par conséquent, il existe une différence de concentration du colorant entre la surface du verre d'eau et les taches sous-jacentes. De plus, il n'y a pas de surface de discontinuité. Donc, en conclusion, il s'agit d'un système non homogène.

Plus tard, en raison de l'existence d'un gradient de concentration, le colorant diffusera dans le liquide jusqu'à ce que la concentration du colorant soit égalisée dans toute l'eau du verre, reproduisant le système homogène.

Ondulations de l'eau

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Lorsqu'une pierre est jetée à la surface de l'eau dans un étang, une perturbation se produit qui se propage sous forme d'ondes concentriques à partir du site d'impact de la pierre.

La pierre lorsqu'elle heurte un certain nombre de particules d'eau leur transmet de l'énergie. Par conséquent, il existe une différence énergétique entre les particules initialement en contact avec la pierre et le reste des molécules d'eau à la surface.

Comme il n'y a pas de surface de discontinuité dans ce cas, le système observé est inhomogène. L'énergie produite par l'impact de la pierre se propage à la surface de l'eau sous forme d'onde, atteignant le reste des molécules d'eau à la surface.

Inspiration

La phase d'inspiration de la respiration, se déroule brièvement de la manière suivante: lorsque les muscles inspiratoires se contractent, en particulier le diaphragme, il y a une expansion de la cage thoracique. Il en résulte une tendance à augmenter le volume de l'alvéole.

La distension alvéolaire entraîne une diminution de la pression d'air intraalvéolaire, la rendant inférieure à la pression atmosphérique. Cela produit un flux d'air de l'atmosphère vers les alvéoles, à travers les conduits d'air.

Puis, au début de l'inspiration, il y a une différence de pression entre les narines et les alvéoles, en plus de la non-existence de surfaces de discontinuité entre les structures anatomiques mentionnées. Par conséquent, le système actuel n'est pas homogène.

Expiration

Dans la phase d'expiration, le phénomène inverse se produit. La pression intra-alvéolaire devient plus élevée que la pression atmosphérique et l'air circule dans les conduits d'air, des alvéoles vers l'atmosphère, jusqu'à ce que les pressions de fin d'expiration s'équilibrent.

Ainsi, au début de l'expiration, il existe une différence de pression entre deux points, les alvéoles pulmonaires et les narines. De plus, il n'y a pas de surfaces de discontinuité entre les deux structures anatomiques indiquées, il s'agit donc d'un système non homogène.

Références

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5. Ganong, WF Review of Medical Physiology. 2003 Vingt et unième édition. Compagnies McGraw-Hill, inc.