HOMOGÉNNY SYSTÉM: CHARAKTERISTIKA, KLASIFIKÁCIA, METÓDY - CHÉMIA - 2026

Homogénne systém je tá časť vesmíru, ktorý sa skladá z jednej fázy hmoty. Môže to byť úplne jednotná fáza alebo môže pozostávať z usporiadanej a symetrickej zmesi prvkov, ktoré sú v prípade homogénnych chemických systémov častice (molekuly, atómy, ióny atď.).

Príroda má tendenciu homogenizovať niektoré vlastnosti alebo celý systém sám prostredníctvom neistých alebo dobre známych mechanizmov. Na Zemi existuje orchester rovnováhy medzi homogénnymi a heterogénnymi systémami, ktorý sa za taký považuje vizuálnymi prieskumami.

Zdroj: Maxpixel

To je v prvom rade, že oči kvalifikujú, či systém (akýkoľvek objekt alebo priestor) je homogénny alebo nie. Ak je to povrchne, ďalším krokom je položiť si otázku, aké je jeho zloženie a ako sú usporiadané jeho prvky. S ohľadom na to je možné potvrdiť alebo nie (s istotou), či systém vykazuje homogénnosť vo svojich vlastnostiach.

Napríklad na obrázku vyššie máte obrázok šálky na kávu, tanier a obal na cukor so šťastnou tvárou. Keby sa tieto tri prvky uvažovali pre štúdiu, potom by bol systém heterogénny, ale keby sa študovala iba čierna káva vo vnútri šálky, v tomto prípade by sme hovorili o homogénnom systéme.

Prečo? Pretože na prvý pohľad vyzerá čierna káva hladko a môžete si myslieť, že aj interiér. Keby sa cukor pridal bez miešania, usadil by sa na dne šálky a pôvodný homogénny systém by sa stal heterogénnym.

Ak by sa však káva miešala až do úplného rozpustenia cukru, jej homogenita by sa vrátila, aj keď s novou organoleptickou vlastnosťou je teraz sladšia ako predtým. Aby bola homogénna, každá kvapka kávy extrahovaná z ktoréhokoľvek rohu šálky musí chutiť presne rovnako.

Na druhej strane šálku čiernej kávy je možné porovnať s kávou s bublinkovým povrchom. Druhá by bola menej homogénna ako prvá, pretože nepredstavuje rovnomerné rozdelenie svojich bublín. Ak však obe tieto kávy chutia rovnako a nemajú kryštály cukru (najdôležitejšie premenné), potom sú obidve rovnako homogénne.

Kávu so šľahačkou alebo s umeleckými kresbami na ich povrchu je možné získať pomocou heterogénnych systémov (hoci je zmes homogénna s ohľadom na kávu).

Charakteristiky homogénneho systému

Aké vlastnosti by mal mať homogénny systém?

- Musí mať jednu materiálovú fázu (kvapalina, pevná látka alebo plyn).

- Ak ide o zmes, jej komponenty musia byť schopné tvoriť jednu jednotnú fázu. To je prípad kávy a cukru. Ak sa na dne pohára alebo poháriku nachádzajú nerozpustené kryštály cukru, tvoria druhú fázu.

- Intenzívne vlastnosti (hustota, viskozita, molárny objem, bod varu atď.) Musia byť rovnaké vo všetkých bodoch systému. Platí to aj pre organoleptické vlastnosti (chuť, farba, vôňa atď.). Jediná chuťová pusinka je teda homogénny systém, pokiaľ nemá iný prvok (napríklad nasekané ovocie).

- Zložky vašich zmesí sú usporiadané do priestoru homogénnym a symetrickým spôsobom.

Šachovnica a subjektivita

Druhá funkcia môže spôsobiť zmätok a protichodné názory.

Napríklad šachovnica (bez kúskov) predstavuje miesto, kde na to vznikajú odlišné názory. Je to homogénne alebo heterogénne? A ak sa čierne a biele štvorce striedajú v riadkoch (jeden biely, jeden čierny atď.), Aká by bola odpoveď v tomto scenári?

Pretože sú políčka farebne odlíšené, je to hlavná premenná. Medzi bielym a čiernym, ktorý sa po celej tabuli strieda, je zreteľný rozdiel.

Každá farba predstavuje zložku a zmes je homogénna, ak je ich fyzikálne usporiadanie orientované takým spôsobom, aby sa minimalizovali rozdiely v ich vlastnostiach. Preto by farby mali byť usporiadané čo najrovnomernejšie a symetricky.

Z tohto dôvodu je šachovnica homogénna, pretože napriek tomu, že je vzhľadom na svoje farby heterogénna, ich rozdiel sa rovnomerne strieda. Zatiaľ čo s farbami zobrazenými v riadkoch sú zrejmé „čierne a biele fázy“, čo by bolo rovnocenné s dvoma fázami a vstupom do definície heterogénneho systému.

klasifikácia

Homogénne systémy môžu mať veľa klasifikácií, ktoré závisia od toho, do ktorej oblasti vedomostí patria. V chémii nestačí povrchne pozorovať systém, ale len zistiť, ktoré častice ho tvoria a čo v ňom robia.

riešenie

Nenasýtené roztoky sú homogénne zmesi alebo systémy prítomné nielen v chémii, ale aj v každodennom živote. More a oceány sú obrovské masy nenasýtenej slanej vody. Molekuly rozpúšťadla, zvyčajne v kvapalnej fáze, obklopujú molekuly rozpustenej látky a bránia im v agregácii za vzniku tuhej látky alebo bubliny.

Takmer všetky riešenia spadajú do tejto klasifikácie. Znečistené alkoholy, kyseliny, zásady, zmes organických rozpúšťadiel, indikátorových roztokov alebo činidiel prechodných kovov; všetky obsiahnuté v objemových balónoch alebo sklenených alebo plastových nádobách sú klasifikované ako homogénne systémy.

Vzhľadom na menšie vytváranie druhej fázy v ktoromkoľvek z týchto roztokov už systém nie je homogénny.

Čisté látky

Veta „nečisté alkoholy“ bola napísaná vyššie a poukazuje na skutočnosť, že sa zvyčajne miešajú s vodou. Čisté alkoholy, ako aj akákoľvek iná kvapalná zlúčenina, sú homogénne systémy. Platí to nielen pre kvapaliny, ale aj pre pevné látky a plyny.

Prečo? Pretože keď máte v systéme iba jeden typ častice, hovoríte o vysokej homogenite. Všetky sú rovnaké a jediná zmena spočíva v spôsobe, akým vibrujú alebo sa pohybujú; ale vo vzťahu k jeho fyzikálnym alebo chemickým vlastnostiam nie je žiadny rozdiel v žiadnej časti systému.

To znamená, že kocka z čistého železa je homogénny systém, pretože obsahuje iba atómy železa. Ak by bol fragment odtrhnutý z ktoréhokoľvek z jeho vrcholov a boli stanovené jeho vlastnosti, dosiahli by sa rovnaké výsledky; to znamená, že je splnená homogenita jeho vlastností.

Keby to bolo nečisté, jeho vlastnosti by kolísali v rozmedzí hodnôt. Je to vplyv nečistôt na železo a na akékoľvek iné látky alebo zlúčeniny.

Ak na druhej strane má kocka železa zhrdzavené časti (červené) a kovové časti (sivé), ide o heterogénny systém.

Homogénne reakcie

Homogénne reakcie sú pravdepodobne najdôležitejšie homogénne chemické systémy. V nich sú všetky reaktanty v rovnakej fáze, najmä kvapalina alebo plyn. Vyznačujú sa väčším kontaktom a molekulárnymi zrážkami medzi reaktantmi.

Pretože existuje iba jedna fáza, častice sa pohybujú s väčšou voľnosťou a rýchlosťou. Na jednej strane je to veľká výhoda; Na druhej strane sa však môžu vytvárať nežiaduce produkty alebo sa niektoré reagencie pohybujú tak rýchlo, že sa účinne nezrážajú.

Symbolickým príkladom tohto typu reakcie je reakcia horúcich plynov s kyslíkom na vytvorenie ohňa.

Akýkoľvek iný systém, na ktorom sa zúčastňujú reakčné zložky s rôznymi fázami, ako napríklad oxidácia kovov, sa považuje za heterogénnu reakciu.

Frakcionačné metódy

V zásade nie je možné vzhľadom na ich uniformitu oddeliť komponenty homogénnych systémov mechanickými metódami; omnoho menej, ak ide o čistú látku alebo zlúčeninu, z ktorej frakcionácie sa získajú jej elementárne atómy.

Napríklad je ľahšie (alebo rýchlejšie) oddeliť komponenty pizze (heterogénny systém) ako zložky kávy (homogénny systém). V prvom prípade stačí na odstránenie prísad použiť ruky; kým s druhou, to bude vyžadovať viac ako ruky na oddelenie kávy od vody.

Metódy sa líšia podľa zložitosti systému a jeho materiálových fáz.

vyparovanie

Odparenie spočíva v zahrievaní roztoku, až kým sa rozpúšťadlo úplne neodparí, pričom solut zostáva. Preto je táto metóda aplikovaná na homogénne systémy kvapalina-pevná látka.

Napríklad pri rozpúšťaní pigmentu v nádobe s vodou je systém spočiatku heterogénny, pretože kryštály pigmentu sa ešte nerozptyľujú v celom objeme. Po chvíli sa všetka voda zmení na rovnakú farbu, čo svedčí o homogenizácii.

Na získanie pridaného pigmentu sa musí celý objem vody zahrievať, až kým sa neodparí. Tak, H ₂ O molekuly zvyšovať priemerné kinetickej energie vďaka energie dodávanej teplo. To vedie k ich úniku do plynnej fázy a zanechávajú pigmentové kryštály na dne (a na stenách nádoby).

To isté sa deje s morskou vodou, z ktorej sa jej soli môžu po zahriatí extrahovať ako biele kamene.

Na druhej strane, po odparení sa tiež použiť na odstránenie prchavých rozpustené látky, ako sú napríklad plynné molekuly (O ₂ , CO ₂ , N ₂ , atď.). Pri zahrievaní roztoku sa plyny začnú zhromažďovať a vytvárať bubliny, ktorých tlak, ak presiahne vonkajší tlak, stúpa a uniká z kvapaliny.

Rotaevaporation

Táto metóda umožňuje získať organické rozpúšťadlá pomocou vákua. Je to veľmi užitočné, najmä pri extrakcii olejov alebo tukov z organických látok.

Týmto spôsobom sa môže rozpúšťadlo znovu použiť na budúce extrakcie. Tieto experimenty sú veľmi bežné pri štúdiu prírodných olejov získaných z akejkoľvek organickej hmoty (pleseň, semená, kvety, ovocné škrupiny atď.).

destilácia

Destilácia umožňuje oddelenie zložiek homogénneho systému kvapalina-kvapalina. Je založená na rozdiele teplôt varu každej zložky (ΔT _eb ); čím väčší je rozdiel, tým ľahšie bude ich oddelenie.

Vyžaduje chladiacu kolónu, ktorá podporuje kondenzáciu najviac prchavej kvapaliny, ktorá potom pretečie do zberného balóna. Typ destilácie sa líši v závislosti od hodnôt ΔT _eb a použitých látok.

Táto metóda sa bežne používa pri čistení homogénnych zmesí; ako je napríklad získanie plynného produktu z homogénnej reakcie. Uplatňuje sa však aj na heterogénne zmesi, ktoré sa vyskytujú pri rafinačných procesoch ropy, aby sa získali fosílne palivá a iné produkty.

skvapalnenie

A čo homogénne plynné systémy? Skladajú sa z viac ako jedného typu plynných molekúl alebo atómov, ktoré sa líšia svojimi molekulárnymi štruktúrami, hmotami a atómovými polomermi.

Preto majú svoje vlastné fyzikálne vlastnosti a správajú sa odlišne v súvislosti so zvýšením tlaku a poklesom teploty.

Keď sa T aj P líšia, niektoré plyny majú tendenciu interagovať silnejšie ako iné; s dostatočnou silou na kondenzáciu do kvapalnej fázy. Ak na druhej strane celý systém kondenzuje, použije sa destilácia zložiek kondenzátu.

Ak sú A a B plyny, kondenzujú skvapalnením na homogénnu zmes, ktorá sa potom destiluje. Týmto spôsobom sa čisté A a B získajú v rôznych nádobách (ako je napríklad oddelený tekutý kyslík a dusík).

Príklady

Ďalšie príklady homogénnych systémov sú uvedené nižšie.

Každodenného života

-Biela zubná pasta.

- Ocot, ako aj komerčný alkohol a tekuté detergenty.

- Krvná plazma.

-Vzduch. Mraky môžu byť tiež považované za homogénne systémy, hoci v skutočnosti obsahujú mikrokvapky vody.

- Alkoholické nápoje bez ľadu.

-Perfumes.

-Gelatíny, mlieko a med. Mikroskopicky sú však heterogénnymi systémami, napriek tomu, že voľným okom vykazujú jednu fázu.

-Každý pevný objekt s viditeľnými jednotnými vlastnosťami, ako je farba, jas, rozmery atď. Napríklad symetrické a kovové nugety alebo tvárové bloky z minerálov alebo solí. Zrkadlá tiež spadajú do tohto rozsahu predmetov.

chemikálie

-Oceľ a zliatiny kovov. Jeho kovové atómy sú usporiadané v kryštalickom usporiadaní, na ktorom sa zúčastňuje kovová väzba. Ak je rozdelenie atómov rovnomerné, bez „vrstiev“ atómov kovu X alebo Y.

- Všetky roztoky pripravené vo vnútri alebo mimo laboratória.

- Čisté uhľovodíky (bután, propán, cyklohexán, benzén atď.).

-Všetky syntézy alebo výroby, v ktorých sú činidlá alebo surovina v jednej fáze.

Homogénna katalýza

Niektoré reakcie sa urýchľujú pridaním homogénnych katalyzátorov, čo sú látky, ktoré sa zúčastňujú podľa veľmi špecifického mechanizmu v rovnakej fáze reaktantov; to znamená, že pri reakciách uskutočňovaných vo vodných roztokoch musia byť tieto katalyzátory rozpustné.

Vo všeobecnosti je homogénna katalýza veľmi selektívna, aj keď nie príliš aktívna alebo stabilná.

Referencie

1. Editori encyklopédie Britannica. (2018). Homogénna reakcia. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24. september 2018). Rozdiel medzi heterogénnymi a homogénnymi zmesami. Získané z: thinkco.com
3. Chemicool. (2017). Definícia homogénneho. Získané z: chemicool.com
4. Navajo otvorená encyklopédia. (2018). Príklady homogénnej zmesi. Obnovené z: example.yourdictionary.com
5. Poznať vedy. (SF). Chémia: homogénne a heterogénne systémy. Obnovené z: saberdeciencias.com
6. Prof. Lic. Naso C. (sf). Zmesi a roztoky. , Obnovené z: cam.educaciondigital.net
7. Brazil R. (20. apríla 2018). Kombinácia homogénnej a heterogénnej katalýzy. Získané z: chemistryworld.com