HOMOGENNÍ SYSTÉM: CHARAKTERISTIKA, KLASIFIKACE, METODY - CHEMIE - 2025

Homogenní systém je ta část vesmíru, který se skládá z jedné fáze hmoty. Může to být zcela stejná fáze nebo sestávat z uspořádané a symetrické směsi prvků, které jsou v případě homogenních chemických systémů částice (molekuly, atomy, ionty atd.).

Příroda inklinuje skrz nejisté nebo dobře známé mechanismy homogenizovat nějakou vlastnost nebo celý systém sám. Na Zemi existuje orchestr rovnováhy mezi homogenními a heterogenními systémy, který je za takový považován vizuálními průzkumy.

Zdroj: Maxpixel

To je v první řadě, že oči kvalifikují, zda systém (jakýkoli objekt nebo prostor) je homogenní nebo ne. Pokud je to povrchně, dalším krokem je položit si otázku, jaké je jeho složení a jak jsou uspořádány jeho prvky. S ohledem na to lze potvrdit či ne (s jistotou), zda systém vykazuje homogenitu ve svých vlastnostech.

Například na obrázku výše máte obrázek šálek kávy, talíř a obal na cukr se šťastnou tváří. Pokud by tyto tři prvky byly zvažovány pro studii, pak by systém byl heterogenní, ale pokud by byla studována pouze černá káva uvnitř šálku, v tomto případě bychom mluvili o homogenním systému.

Proč? Protože na první pohled vypadá černá káva hladce a možná si myslíte, že je to i interiér. Pokud by byl cukr přidán bez míchání, usadil by se na dně šálku a počáteční homogenní systém by se stal heterogenním.

Pokud by však byla káva míchána až do úplného rozpuštění cukru, její homogenita by se vrátila, i když s novou organoleptickou vlastností je nyní sladší než dříve. Aby byla homogenní, musí každá kapka kávy extrahovaná z jakéhokoli rohu šálku chutnat přesně stejně.

Na druhou stranu lze šálek černé kávy porovnat s kávou s temperamentním povrchem. Druhá by byla méně homogenní než první, protože nepředstavuje rovnoměrné rozdělení svých bublin. Pokud však obě kávy chutnají stejně a postrádají krystaly cukru (nejdůležitější proměnné), pak jsou oba stejně homogenní.

Kávu se šlehačkou nebo s uměleckými kresbami na jejich povrchu lze odebírat pomocí heterogenních systémů (i když je směs homogenní s ohledem na kávu).

Vlastnosti homogenního systému

Jaké vlastnosti by měl mít homogenní systém?

- Musí mít jednu materiálovou fázi (kapalina, pevná látka nebo plyn).

- Pokud jde o směs, její složky musí být schopny vytvořit jednu jednotnou fázi. To je případ kávy a cukru. Pokud jsou na dně sklenice nebo kelímku nerozpuštěné krystaly cukru, tvoří druhou fázi.

- Intenzivní vlastnosti (hustota, viskozita, molární objem, bod varu atd.) Musí být stejné ve všech bodech systému. To platí také pro organoleptické vlastnosti (chuť, barva, vůně atd.). Jediná pusinka s příchutí je tedy homogenní systém, pokud nemá jiný prvek (jako jsou sekané ovoce).

-Komponenty vašich směsí jsou uspořádány v prostoru homogenním a symetrickým způsobem.

Šachovnice a subjektivita

Druhá funkce může vyvolat zmatek a protichůdné názory.

Například šachovnice (bez kousků) představuje místo, kde na to vznikají odlišné názory. Je to homogenní nebo heterogenní? A pokud se černé a bílé čtverečky střídají v řádcích (jeden bílý, jeden černý atd.), Jaká by byla odpověď v tomto scénáři?

Protože jsou pole od sebe odlišena barvou, je to hlavní proměnná. Tam je znatelný rozdíl mezi bílou a černou, který se mění po celé desce.

Každá barva představuje složku a směs je homogenní, pokud je jejich fyzické uspořádání orientováno tak, aby se minimalizovaly rozdíly v jejich vlastnostech. Proto by barvy měly být uspořádány co možná nejrovnoměrněji a symetricky.

Z tohoto důvodu je šachovnice homogenní, protože i když je vzhledem ke svým barvám různorodá, jejich rozdíl se rovnoměrně mění. Zatímco s barvami zobrazenými v řádcích jsou zřejmé „černé a bílé fáze“, což by bylo ekvivalentní tomu, aby měly dvě fáze a vstupovaly do definice heterogenního systému.

Klasifikace

Homogenní systémy mohou mít mnoho klasifikací, které závisí na tom, do které oblasti znalostí patří. V chemii nestačí jen povrchně sledovat systém, ale zjistit, které částice ho tvoří a co v něm dělají.

Řešení

Nenasycené roztoky jsou homogenní směsi nebo systémy přítomné nejen v chemii, ale v každodenním životě. Moře a oceány jsou gigantické masy nenasycené slané vody. Molekuly rozpouštědla, obvykle v kapalné fázi, obklopují molekuly solutu a brání jim v agregaci za vzniku pevné látky nebo bubliny.

Téměř všechna řešení spadají do této klasifikace. Znečištěné alkoholy, kyseliny, báze, směs organických rozpouštědel, indikátorových roztoků nebo činidel přechodných kovů; všechny obsažené v odměrných balónech nebo skleněných nebo plastových nádobách jsou klasifikovány jako homogenní systémy.

Vzhledem k menší tvorbě druhé fáze v jakémkoli z těchto řešení již systém není homogenní.

Čisté látky

Fráze „nečisté alkoholy“ byla napsána výše s odkazem na skutečnost, že se obvykle mísí s vodou. Čisté alkoholy, stejně jako jakákoli jiná kapalná sloučenina, jsou však homogenní systémy. To platí nejen pro kapaliny, ale také pro pevné látky a plyny.

Proč? Protože když máte v systému pouze jeden typ částice, mluvíte o vysoké homogenitě. Všechny jsou stejné a jediná variace je způsob, jakým vibrují nebo pohybují; ale ve vztahu k jeho fyzikálním nebo chemickým vlastnostem není žádný rozdíl v žádné části systému.

To znamená, že kostka čistého železa je homogenní systém, protože obsahuje pouze atomy železa. Pokud by byl zlomen některý z jeho vrcholů a byly stanoveny jeho vlastnosti, byly by získány stejné výsledky; to znamená, že je splněna homogenita jeho vlastností.

Pokud by to bylo nečisté, jeho vlastnosti by kolísaly v rozmezí hodnot. To je účinek nečistot na železo a na jakoukoli jinou látku nebo sloučeninu.

Pokud na druhé straně má železná kostka zrezivělé části (červené) a kovové části (šedavé), jedná se o heterogenní systém.

Homogenní reakce

Homogenní reakce jsou pravděpodobně nejdůležitější homogenní chemické systémy. V nich jsou všechny reakční složky ve stejné fázi, zejména kapalná nebo plynná fáze. Vyznačují se větším kontaktem a molekulárními srážkami mezi reaktanty.

Protože existuje pouze jedna fáze, částice se pohybují s větší volností a rychlostí. Na jedné straně je to velká výhoda; Na druhou stranu však mohou vznikat nežádoucí produkty nebo se některá činidla pohybují tak rychle, že se účinně nesrážejí.

Reakce horkých plynů s kyslíkem za vzniku ohně je symbolickým příkladem tohoto typu reakce.

Jakýkoli jiný systém, na kterém se podílejí reaktanty s různými fázemi, jako je oxidace kovů, se považuje za heterogenní reakci.

Frakcionační metody

V zásadě vzhledem k jejich jednotnosti není možné oddělit složky homogenních systémů mechanickými metodami; mnohem méně, jedná-li se o čistou látku nebo sloučeninu, z jejichž frakcionace se získají její elementární atomy.

Například je snazší (nebo rychlejší) oddělit složky pizzy (heterogenní systém), než složky kávy (homogenní systém). V první z nich stačí k odstranění přísad použít ruce; zatímco s druhým, to bude více než ruce oddělit kávu od vody.

Metody se liší v závislosti na složitosti systému a jeho materiálových fázích.

Vypařování

Odpařování spočívá v zahřívání roztoku, dokud se rozpouštědlo úplně neodpaří, přičemž solut zůstane usazen. Proto je tato metoda aplikována na homogenní systémy kapalina-pevná látka.

Například při rozpouštění pigmentu v nádobě s vodou je systém zpočátku heterogenní, protože krystaly pigmentu dosud nebyly rozptýleny po celém objemu. Po chvíli se všechna voda změní na stejnou barvu, což svědčí o homogenizaci.

Pro získání přidaného pigmentu musí být celý objem vody zahříván, dokud se neodpaří. Tak, H ₂ O molekuly zvyšovat průměrné kinetické energie díky energie dodávané teplo. To vede k tomu, že uniknou do plynné fáze a zanechají krystalové pigmenty na dně (a na stěnách nádoby).

Totéž se děje s mořskou vodou, ze které se její soli mohou po zahřátí extrahovat jako bílé kameny.

Na druhé straně, po odpaření se také použít k odstranění těkavých rozpuštěné látky, jako jsou například plynné molekuly (O ₂, CO ₂, N ₂, atd.). Když se roztok zahřeje, plyny se začnou shromažďovat a vytvářet bubliny, jejichž tlak, pokud překročí vnější tlak, stoupne, aby unikl z kapaliny.

Rotaevaporace

Tato metoda umožňuje získat organická rozpouštědla použitím vakua. Je velmi užitečný, zejména při extrakci olejů nebo tuků z organických látek.

Tímto způsobem může být rozpouštědlo znovu použito pro budoucí extrakce. Tyto experimenty jsou velmi časté při studiu přírodních olejů získaných z jakékoli organické hmoty (merey, semen, květin, ovocných skořápek atd.).

Destilace

Destilace umožňuje oddělení složek homogenního systému kapalina-kapalina. Je založen na rozdílu bodů varu každé složky (ΔT _eb); čím větší je rozdíl, tím snazší bude jejich oddělení.

Vyžaduje chladicí kolonu, která podporuje kondenzaci nejvíce těkavé kapaliny, která pak bude proudit do sběrného balónu. Typ destilace se liší v závislosti na hodnotách ΔT _eb a použitých látek.

Tato metoda je široce používána při čištění homogenních směsí; jako je například získání plynného produktu z homogenní reakce. Uplatňuje se však také pro heterogenní směsi, k čemuž dochází v rafinačních procesech ropy za účelem získání fosilních paliv a dalších produktů.

Zkapalnění

A co homogenní plynné systémy? Skládají se z více než jednoho typu plynných molekul nebo atomů, které se liší svými molekulárními strukturami, hmotami a atomovými poloměry.

Proto mají své vlastní fyzikální vlastnosti a chovají se odlišně v důsledku zvyšování tlaku a snižování teploty.

Když se obě T a P liší, některé plyny mají tendenci interagovat silněji než jiné; s dostatečnou silou pro kondenzaci do kapalné fáze. Pokud se naopak celý systém kondenzuje, použije se destilace složek kondenzátu.

Jsou-li A a B plyny, kondenzují zkapalněním na homogenní směs, která je poté podrobena destilaci. Tímto způsobem se získají čisté A a B v různých nádobách (jako je oddělený kapalný kyslík a dusík).

Příklady

Další příklady homogenních systémů jsou uvedeny níže.

Každodenního života

- Bílá zubní pasta.

- ocet, stejně jako komerční alkohol a tekuté detergenty.

- Krevní plazma.

-Vzduch. Mraky lze také považovat za homogenní systémy, i když ve skutečnosti obsahují mikro kapičky vody.

- Alkoholické nápoje bez ledu.

-Parfémy.

-Gelatiny, mléko a med. Mikroskopicky se však jedná o heterogenní systémy, přestože pouhým okem vykazují jedinou fázi.

-Každý pevný objekt s viditelnými jednotnými vlastnostmi, jako je barva, jas, rozměry atd. Například symetrické a kovové nugety nebo fazetované bloky minerálu nebo soli. Zrcadla také spadají do této řady objektů.

Chemikálie

-Steel a slitiny kovů. Jeho kovové atomy jsou uspořádány v krystalickém uspořádání, kde se účastní kovová vazba. Pokud je distribuce atomů stejná, bez „vrstev“ atomů kovu X nebo Y.

- Všechna řešení připravená uvnitř nebo vně laboratoře.

- Čisté uhlovodíky (butan, propan, cyklohexan, benzen atd.).

-Všechny syntézy nebo produkce, kde jsou činidla nebo surovina v jedné fázi.

Homogenní katalýza

Některé reakce se urychlují přidáním homogenních katalyzátorů, což jsou látky, které se podílejí podle velmi specifického mechanismu ve stejné fázi reakčních složek; to znamená, že v reakcích prováděných ve vodných roztocích musí být tyto katalyzátory rozpustné.

Homogenní katalýza je obecně velmi selektivní, i když ne příliš aktivní nebo stabilní.

Reference

1. Editors of Encyclopaedia Britannica. (2018). Homogenní reakce. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24. září 2018). Rozdíl mezi heterogenními a homogenními směsmi. Obnoveno z: thinkco.com
3. Chemicool. (2017). Definice homogenní. Obnoveno z: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Příklady homogenní směsi. Obnoveno z: example.yourdictionary.com
5. Znát vědy. (sf). Chemie: homogenní a heterogenní systémy. Obnoveno z: saberdeciencias.com
6. Prof. Lic. Naso C. (sf). Směsi a roztoky.. Obnoveno z: cam.educaciondigital.net
7. Brazil R. (20. dubna 2018). Kombinace homogenní a heterogenní katalýzy. Obnoveno z: chemistryworld.com