Caracteristici omogene ale sistemului, clasificare, metode

3907
Anthony Golden

A sistem omogen Acea porțiune a universului este alcătuită dintr-o singură fază a materiei. Poate fi o fază total uniformă sau poate consta dintr-un amestec ordonat și simetric de elemente, care, în cazul sistemelor chimice omogene, sunt particule (molecule, atomi, ioni etc.).

Natura tinde, prin mecanisme incerte sau bine cunoscute, să omogenizeze unele proprietăți sau întregul sistem în sine. Pe Pământ există o orchestră de echilibru între sistemele omogene și eterogene, considerată ca atare prin explorări vizuale.

Sursa: Maxpixel

Adică, în primă instanță, ochii se califică dacă un sistem (orice obiect sau spațiu) este omogen sau nu. Dacă este superficial, următorul pas este să vă întrebați cum este compoziția sa și cum sunt aranjate elementele sale. Având în vedere acest lucru, se poate afirma sau nu (cu o anumită certitudine) dacă sistemul prezintă omogenitate în proprietățile sale.

De exemplu, în imaginea de mai sus aveți imaginea unei cești de cafea, a unei farfurii și a unui înveliș de zahăr cu fața fericită. Dacă aceste trei elemente ar fi luate în considerare pentru un studiu, atunci sistemul ar fi eterogen, dar dacă ar fi studiate doar cafeaua neagră din interiorul cupei, în acest caz am vorbi despre un sistem omogen..

De ce? Pentru că, la prima vedere, cafeaua neagră are o suprafață uniformă și ați putea crede că așa este și interiorul ei. Dacă s-ar adăuga zahărul fără a se amesteca, acesta s-ar stabili la baza cupei și, sistemul inițial omogen, ar deveni eterogen..

Cu toate acestea, dacă cafeaua ar fi fost agitată până când zahărul s-a dizolvat complet, omogenitatea acestuia ar reveni, deși cu noua proprietate organoleptică, este acum mai dulce decât înainte. Pentru a fi omogen, fiecare picătură de cafea extrasă din orice colț al ceștii trebuie să aibă exact același gust.

Pe de altă parte, o ceașcă de cafea neagră poate fi comparată cu una cu suprafață cu bule. Al doilea ar fi mai puțin omogen decât primul, deoarece nu prezintă o distribuție uniformă a bulelor sale. Dar, dacă cele două cafele au același gust și nu au cristale de zahăr (cele mai importante variabile), atunci ambele sunt la fel de omogene..

Cafelele cu friscă sau cu desene artistice pe suprafața lor, pot fi luate de sisteme eterogene (chiar dacă amestecul este omogen în ceea ce privește cafeaua).

Indice articol

  • 1 Caracteristicile unui sistem omogen
    • 1.1 Tabla de șah și subiectivitatea
  • 2 Clasificare
    • 2.1 Soluții
    • 2.2 Substanțe pure
    • 2.3 Reacții omogene
  • 3 Metode de fracționare
    • 3.1 Evaporare
    • 3.2 Distilare
    • 3.3 lichefierea
  • 4 Exemple
    • 4.1 Din viața de zi cu zi
    • 4.2 Produse chimice
  • 5 Referințe

Caracteristicile unui sistem omogen

Ce caracteristici ar trebui să aibă un sistem omogen? 

-Trebuie să aibă o singură fază materială (lichid, solid sau gazos).

-Când vine vorba de un amestec, componentele sale trebuie să poată forma o singură fază uniformă. Acesta este cazul cafelei și zahărului. Dacă există cristale de zahăr nedizolvate la baza paharului sau a cupei, acestea constituie a doua fază..

-Proprietățile sale intensive (densitate, vâscozitate, volum molar, punct de fierbere etc.) trebuie să fie aceleași în toate punctele din sistem. Acest lucru se aplică și proprietăților organoleptice (gust, culoare, miros etc.). Astfel, o bezea cu un singur gust este un sistem omogen atâta timp cât nu are un alt element (cum ar fi fructele tocate).

-Componentele amestecurilor lor sunt aranjate în spațiu într-un mod omogen și simetric.

Tabla de șah și subiectivitatea

Această din urmă caracteristică poate declanșa confuzie și puncte de vedere conflictuale.

Tabla de șah (fără piese), de exemplu, reprezintă un punct în care apar diferite opinii despre aceasta. Este omogen sau eterogen? Și dacă pătratele alb-negru alternează în rânduri (unul alb, unul negru și așa mai departe), care ar fi răspunsul în acel scenariu?

Deoarece casetele sunt diferențiate între ele prin culoare, aceasta este variabila principală. Există o diferență vizibilă între alb și negru, care alternează pe tot tabloul.

Fiecare culoare reprezintă o componentă, iar amestecul este omogen dacă dispunerea lor fizică este orientată în așa fel încât să minimizeze diferențele în proprietățile lor. Prin urmare, culorile trebuie aranjate cât mai uniform și simetric posibil..

Din acest raționament, tabla de șah este omogenă, deoarece, în ciuda faptului că este eterogenă în ceea ce privește culorile sale, diferența lor alternează uniform. În timp ce culorile sunt afișate în rânduri, „fazele alb-negru” sunt evidente, ceea ce ar echivala cu a avea două faze și a intra în definiția unui sistem eterogen..

Clasificare

Sistemele omogene pot avea multe clasificări, care depind de care ramură a cunoașterii aparțin. În chimie, nu este suficient să observi un sistem superficial, ci să găsești ce particule îl compun și ce fac în el.

Soluții

Soluțiile nesaturate sunt amestecuri omogene sau sisteme prezente nu numai în chimie, ci și în viața de zi cu zi. Marea și oceanele sunt mase gigantice de apă sărată nesaturată. Moleculele solventului, de obicei în faza lichidă, înconjoară moleculele solutului și le împiedică să se agregeze pentru a forma un solid sau o bulă..

Aproape toate soluțiile se încadrează în această clasificare. Alcooli impuri, acizi, baze, un amestec de solvenți organici, soluții indicatoare sau reactivi metalici de tranziție; toate conținute în baloane volumetrice sau recipiente din sticlă sau plastic, clasificate ca sisteme omogene.

Având în vedere formarea mai mică a unei a doua faze în oricare dintre aceste soluții, sistemul nu mai este omogen.

Substante pure

Sintagma „alcooli impuri” a fost scrisă mai sus, referindu-se la faptul că sunt de obicei amestecați cu apă. Cu toate acestea, alcoolii puri, precum și orice alt compus lichid, sunt sisteme omogene. Acest lucru se aplică nu numai lichidelor, ci și solidelor și gazelor..

De ce? Pentru că atunci când aveți un singur tip de particule într-un sistem, vorbiți de omogenitate ridicată. Toate sunt la fel și singura variație constă în modul în care vibrează sau se mișcă; dar, în raport cu proprietățile sale fizice sau chimice, nu există nicio diferență în nicio parte a sistemului.

Aceasta înseamnă că un cub de fier pur este un sistem omogen, deoarece are doar atomi de fier. Dacă un fragment ar fi fost rupt de la oricare dintre vârfurile sale și proprietățile sale ar fi determinate, s-ar obține aceleași rezultate; adică omogenitatea proprietăților sale este îndeplinită.

Dacă ar fi impur, proprietățile sale ar fluctua într-un interval de valori. Acesta este efectul impurităților asupra fierului și asupra oricărei alte substanțe sau compuși.

Dacă, pe de altă parte, cubul de fier are părți ruginite (roșii) și părți metalice (cenușii), atunci este un sistem eterogen.

Reacții omogene

Reacțiile omogene sunt probabil cele mai importante sisteme chimice omogene. În ele, toți reactanții sunt în aceeași fază, în special faza lichidă sau gazoasă. Acestea se caracterizează printr-un contact mai mare și coliziuni moleculare între reactanți.

Deoarece există o singură fază, particulele se mișcă cu o libertate și o viteză mai mari. Pe de o parte, acesta este un mare beneficiu; dar pe de altă parte, se pot forma produse nedorite sau unii reactivi se mișcă atât de repede încât nu se ciocnesc eficient.

Reacția gazelor fierbinți cu oxigenul pentru a crea foc este un exemplu emblematic al acestui tip de reacție..

Orice alt sistem în care participă reactivi cu faze diferite, cum ar fi oxidarea metalelor, este considerat o reacție eterogenă.

Metode de fracționare

În principiu, având în vedere uniformitatea lor, nu este posibilă separarea componentelor sistemelor omogene prin metode mecanice; cu atât mai puțin dacă este o substanță sau un compus pur, din ale cărui fracționări se obțin atomii săi elementari.

De exemplu, este mai ușor (sau mai rapid) să separați componentele unei pizza (sistem eterogen), decât cele ale unei cafele (sistem omogen). În primul, este suficient să vă folosiți mâinile pentru a îndepărta ingredientele; în timp ce cu al doilea, va fi nevoie de mai mult decât mâini pentru a separa cafeaua de apă.

Metodele variază în funcție de complexitatea sistemului și a fazelor sale materiale.

Evaporare

Evaporarea constă în încălzirea unei soluții până când solventul se evaporă complet, lăsând soluția decantată. Prin urmare, această metodă se aplică sistemelor omogen lichid-solid.

De exemplu, atunci când dizolvați un pigment într-un recipient cu apă, sistemul este inițial eterogen, deoarece cristalele pigmentului nu s-au difuzat încă pe tot volumul. După un timp, toată apa capătă aceeași culoare, ceea ce indică o omogenizare.

Pentru a recupera pigmentul adăugat, întregul volum de apă trebuie încălzit până se evaporă. Astfel, moleculele de HDouăSau își măresc energia cinetică medie datorită energiei furnizate de căldură. Acest lucru duce la scăparea lor în faza gazoasă, lăsând cristale ale pigmentului în partea de jos (și pe pereții recipientului)..

La fel se întâmplă și cu apa de mare, din care sărurile sale pot fi extrase ca pietre albe atunci când sunt încălzite.

Pe de altă parte, evaporarea este utilizată și pentru îndepărtarea substanțelor dizolvate volatile, cum ar fi moleculele gazoase (ODouă, CODouă, NDouă, etc.). Când soluția este încălzită, gazele încep să se adune pentru a forma bule, a căror presiune, dacă depășește presiunea externă, va crește pentru a scăpa de lichid..

Rotaevaporare

Această metodă face posibilă recuperarea solvenților organici prin aplicarea unui vid. Este foarte util, mai ales atunci când se extrag uleiuri sau grăsimi din materie organică.

În acest fel, solventul poate fi reutilizat pentru extracții viitoare. Aceste experimente sunt foarte frecvente în studiul uleiurilor naturale obținute din orice materie organică (mere, semințe, flori, coji de fructe etc.).

Distilare

Distilarea permite separarea componentelor unui sistem omogen lichid-lichid. Se bazează pe diferența punctelor de fierbere ale fiecărei componente (ΔTeb); cu cât diferența este mai mare, cu atât va fi mai ușor să le separați.

Necesită o coloană de răcire care promovează condensarea celui mai volatil lichid, care va curge apoi într-un balon colector. Tipul de distilare variază în funcție de valorile ΔTeb și substanțele implicate.

Această metodă este utilizată pe scară largă la purificarea amestecurilor omogene; cum ar fi, de exemplu, recuperarea unui produs gazos dintr-o reacție omogenă. Cu toate acestea, are și aplicații pentru amestecuri eterogene, așa cum se întâmplă în procesele de rafinare a țițeiului pentru a obține combustibili fosili și alte produse..

Lichefiere

Și ce zici de sistemele gazoase omogene? Acestea sunt compuse din mai multe tipuri de molecule sau atomi gazoși, care diferă prin structurile lor moleculare, masele și razele atomice..

Prin urmare, au propriile lor proprietăți fizice și se comportă diferit atunci când se confruntă cu o creștere a presiunii și o scădere a temperaturii..

Când atât T cât și P variază, unele gaze tind să interacționeze mai puternic decât altele; suficient de puternic pentru a se condensa într-o fază lichidă. Dacă, pe de altă parte, întregul sistem se condensează, atunci se utilizează distilarea componentelor condensului..

Dacă A și B sunt gaze, prin lichefiere se condensează într-un amestec omogen, care este apoi supus distilării. În acest fel, A și B pure sunt obținute în recipiente diferite (cum ar fi oxigen lichid separat și azot)..

Exemple

Exemple suplimentare de sisteme omogene sunt enumerate mai jos..

A vieții de zi cu zi

-Pastă de dinți albă.

-Oțet, precum și alcool comercial și detergenți lichizi.

-Plasma din sânge.

-Aerul. Norii pot fi, de asemenea, considerați sisteme omogene, chiar dacă conțin de fapt micro picături de apă..

-Băuturi alcoolice fără gheață.

-Parfumuri.

-Jeleuri, lapte și miere. Cu toate acestea, microscopic sunt sisteme eterogene, în ciuda faptului că prezintă o singură fază cu ochiul liber.

-Orice obiect solid cu caracteristici uniforme vizibile, cum ar fi culoarea, luminozitatea, dimensiunile etc. De exemplu, pepite simetrice și metalice sau blocuri cu fațete ale unui mineral sau sare. Oglinzile se încadrează, de asemenea, în această gamă de obiecte.

Produse chimice

-Oțel și aliaje metalice. Atomii săi metalici sunt dispuși într-un aranjament cristalin în care participă legătura metalică. Dacă distribuția atomilor este uniformă, fără „straturi” de atomi ai unui metal X sau Y.

-Toate soluțiile preparate în interiorul sau în afara laboratorului.

-Hidrocarburi pure (butan, propan, ciclohexan, benzen etc.).

-Toate sintezele sau producțiile în care reactivii sau materia primă se află într-o singură fază.

Cataliză omogenă

Unele reacții sunt accelerate prin adăugarea de catalizatori omogeni, care sunt substanțe care participă conform unui mecanism foarte specific în aceeași fază a reactanților; adică în reacțiile efectuate în soluții apoase, acești catalizatori trebuie să fie solubili.

În general, cataliza omogenă este foarte selectivă, deși nu este foarte activă sau stabilă.

Referințe

  1. Editorii Enciclopediei Britanice. (2018). Reacție omogenă. Encyclopædia Britannica. Recuperat de pe: britannica.com
  2. Helmenstine, Anne Marie, dr. (24 septembrie 2018). Diferența dintre amestecurile eterogene și omogene. Recuperat de pe: thoughtco.com
  3. Chemicool. (2017). Definiția Homogeneous. Recuperat de pe: chemicool.com
  4. LoveToKnow. (2018). Exemple de amestec omogen. Recuperat de la: examples.yourdictionary.com
  5. Cunoașterea științelor. (s.f.). Chimie: sisteme omogene și eterogene. Recuperat de pe: saberdeciencias.com
  6. Prof. Lic. Naso C. (s.f.). Amestecuri și soluții. [PDF]. Recuperat de pe: cam.educaciondigital.net
  7. Brazilia R. (20 aprilie 2018). Combinând cataliză omogenă și eterogenă. Recuperat de pe: chemistryworld.com

Nimeni nu a comentat acest articol încă.