Гетерогенная система, в отличие от гомогенной, представляет собой такую физико-химическую систему, в которой существуют различающиеся между собой по физическим свойствам фазы. То есть, в ней имеются части, у которых различны агрегатные состояния и состав элементов. Одна фаза такой системы отделяется от другой границей, переход через которую вызывает качественный скачок в изменении физико-химических свойств системы (вещества). Такими изменчивыми параметрами могут быть форма и структура кристаллической решетки, плотность вещества, его состав, электромагнитное поле и другие.
Таким образом, в гетерогенной системе существует, по меньшей мере, механическое отделение фаз. Примерами таких систем выступают вода и пар, у которых различны агрегатные состояния, масло и вода, которые находясь в одном сосуде, имеют различный состав и другие. Довольно часто невозможно провести четкой границы между гомогенной и гетерогенной системами, потому что трудно установить саму границу перехода между фазами. Например, в механических взвесях эту границу занимают коллоиды, а в них имеются мельчайшие частицы растворенного вещества. С одной стороны – это гомогенная система, потому что размеры частиц столь малы, что их величиной можно пренебречь. А с другой стороны, хоть и на атомарном уровне, но вещество в них все-таки присутствует, в этом случае, такую систему можно рассматривать как гетерогенную.
Важнейшим параметром, характеризующим принцип гетерогенности, выступают гетерогенные равновесия. Рассмотрим смысл данного явления на примере водных растворов. В них гетерогенные равновесия имеют такие свойства, которые заключаются в переносе частиц через границу фазного предела, как минимум, в двух соседних фазах. Мы коснемся в этом описании лишь небольшого круга данных явлений, которые наиболее значимы с точки зрения своего практического применения. По своим свойствам гетерогенные равновесия довольно разнообразны, а потому имеют место и в химических технологических процессах, и представляют интерес с точки зрения теоретического анализа в физической химии.
В практической плоскости интерес вызывают, прежде всего, такие системы, как твердая - жидкая фаза (осадок - насыщенный раствор). Такая система важна потому, что в практической деятельности многие химические технологии основаны на отделении одного вещества от другого. Кроме того, важны и обратные процессы, где гетерогенные равновесия играют большую роль. К ним можно отнести реакции перевода слаборастворимых соединений в растворы.
Другая система – твердая фаза – раствор жидкости основана на явлении ионного обмена. Это химическое явление распространено в технологиях очистки водных растворов от различного рода примесей и используется при необходимости отделения веществ друг от друга. В данном случае имеют место гетерогенные равновесия в растворах электролитов, они важны потому, что обычные химические способы отделения соединений малоэффективны. Практическая реализация таких переходов обеспечивается ионным обменом, который протекает на поверхности ионитов в процессе электролитической реакции.
Третья распространенная из рассматриваемых систем - это система жидкая – жидкая фаза, речь идет о растворителях с разными составами вещества. Данный случай применяется тогда, когда в двух растворах содержатся несмешиваемые друг в друге вещества с различными показателями растворимости, то есть, имеют место изолированные гетерогенные равновесия. Практическое использование данного явления получило название экстракции. В промышленном производстве и при химических процессах экстракция выступает в качестве наиболее эффективного способа отделения веществ.
