HOMOGÉN RENDSZER: JELLEMZŐK, OSZTÁLYOZÁS, MÓDSZEREK - KÉMIA - 2026

A homogén rendszer a világegyetem azon része, amely az anyag egyetlen fázisából áll. Ez lehet teljesen egységes fázis, vagy rendezett és szimmetrikus elemek keverékéből állhat, amelyek homogén kémiai rendszerek esetén részecskék (molekulák, atomok, ionok stb.).

A természet bizonytalan vagy közismert mechanizmusok révén hajlamos homogenizálni valamilyen tulajdonságot vagy magát az egész rendszert. A Földön van egyensúlyi zenekar a homogén és heterogén rendszerek között, amelyeket a vizuális kutatások ilyennek tekintnek.

Forrás: Maxpixel

Ez azt jelenti, hogy a szem elsősorban arra utal, hogy egy rendszer (bármilyen tárgy vagy tér) homogén vagy sem. Ha felületesen jelenik meg, akkor a következő lépés az, hogy kérdezd meg magadtól, hogy milyen az összetétele és milyen módon vannak elrendezve annak elemei. Ezt szem előtt tartva megerősíthetjük vagy sem (bizonyos bizonyossággal), ha a rendszer tulajdonságai homogénnek bizonyulnak.

Például a fenti képen egy kávéscsésze, egy tányér és egy boldog arcú cukorcsomagolás képe látható. Ha ezt a három elemet figyelembe vesszük egy vizsgálatban, akkor a rendszer heterogén lenne, de ha csak a csészében lévő fekete kávét vizsgálnánk, akkor ebben az esetben egy homogén rendszerről beszélnénk.

Miért? Mivel első pillantásra a fekete kávé simanak tűnik, és azt gondolhatja, hogy így van a belső térben is. Ha cukrot adunk hozzá keverés nélkül, az üleped a pohár aljára és a kezdeti homogén rendszer heterogén lesz.

Ha azonban a kávét addig keverjük, amíg a cukor teljesen fel nem oldódik, akkor homogenitása visszatér, bár az új érzékszervi tulajdonsággal, amely most már édesebb, mint korábban. A homogénség érdekében a csésze bármely sarkából kivont minden csepp kávénak pontosan ugyanolyan ízűnek kell lennie.

Másrészt egy csésze fekete kávé összehasonlítható egy pezsgő felületű kávéval. A második kevésbé homogén, mint az első, mivel nem képviseli egyenletesen a buborékok eloszlását. De ha a két kávé azonos ízű, és hiányzik a cukorkristály (a legfontosabb változók), akkor mindkettő egyenlően homogén.

Tejszínhabbal vagy felületükön művészi rajzokkal ellátott kávék heterogén rendszerekben vehetők fel (még akkor is, ha a keverék a kávéhoz homogén).

A homogén rendszer jellemzői

Milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie egy homogén rendszernek?

- Egy anyagfázisnak kell lennie (folyékony, szilárd vagy gáz).

-Ha keverékről van szó, annak alkotóelemeinek képesnek kell lennie arra, hogy egyetlen egységes fázist képezzenek. Ez a helyzet a kávéval és a cukorral. Ha az üveg vagy a csésze alján vannak fel nem oldott cukorkristályok, akkor azok második fázist képeznek.

- Az intenzív tulajdonságoknak (sűrűség, viszkozitás, moláris térfogat, forráspont stb.) A rendszer minden pontján azonosnak kell lennie. Ez vonatkozik az érzékszervi tulajdonságokra (íz, szín, illat stb.). Így az egyetlen ízű habcsók homogén rendszer, feltéve, hogy nincs más elem (például apróra vágott gyümölcs).

-A keverékek összetevői térben vannak elrendezve homogén és szimmetrikus módon.

A sakktábla és a szubjektivitás

Ez utóbbi funkció zavart és ellentmondó nézeteket válthat ki.

A sakktábla (darabok nélkül) például egy pontot képvisel, amelyben különböző vélemények merülnek fel róla. Homogén vagy heterogén? És ha a fekete-fehér négyzetek sorokban váltakoznak (egy fehér, egy fekete és így tovább), mi lenne a válasz ebben a forgatókönyvben?

Mivel a dobozok színe alapján különböznek egymástól, ez a fő változó. Látható különbség van a fehér és a fekete között, amely az egész táblán váltakozik.

Mindegyik szín egy összetevőt képvisel, és a keverék homogén, ha fizikai elrendezésük oly módon orientálódik, hogy minimalizálják tulajdonságaik közötti különbségeket. Ezért a színeket a lehető legegyenletesebben és szimmetrikusan kell elrendezni.

Ezen érvelés alapján a sakktábla homogén, mivel annak ellenére, hogy színei szempontjából heterogén, eltéréseik egyenletesen váltakoznak. Míg a sorokban megjelenített színekkel a „fekete-fehér fázisok” nyilvánvalóak, ami egyenértékű lenne két fázis létezésével és heterogén rendszer meghatározásának bevonásával.

Osztályozás

A homogén rendszereknek számos osztályozása lehet, amely attól függ, hogy melyik tudásághoz tartozik. A kémiában nem elegendő egy rendszer felületes megfigyelése, hanem annak megállapítása, hogy mely részecskék alkotják azt, és mit csinálnak benne.

megoldások

A telítetlen oldatok homogén keverékek vagy rendszerek, amelyek nemcsak a kémiában, hanem a mindennapi életben is jelen vannak. A tenger és az óceánok óriási tömegű telítetlen sós víz. Az oldószermolekulák, általában a folyékony fázisban, körülveszik az oldott molekulákat, és megakadályozzák, hogy aggregálódjanak szilárd anyag vagy buborék kialakulásához.

Szinte minden megoldás ebbe az osztályozásba tartozik. Szennyezett alkoholok, savak, lúgok, szerves oldószerek keveréke, indikátor oldatok vagy átmeneti fém reagensek; a térfogatú léggömbökben, üveg- vagy műanyag tartályokban lévő elemeket homogén rendszereknek kell besorolni.

Ha ezen oldatok bármelyikében kevesebb második fázis képződik, a rendszer már nem homogén.

Tiszta anyagok

A „tiszta alkoholok” kifejezést fent írták, utalva arra a tényre, hogy általában keverednek vízzel. A tiszta alkoholok, valamint bármely más folyékony vegyület azonban homogén rendszerek. Ez nem csak a folyadékokat érinti, hanem a szilárd anyagokat és a gázokat is.

Miért? Mert ha egy rendszerben csak egy típusú részecske van, akkor magas homogenitásról beszél. Mind azonosak, és az egyetlen variáció az, ahogy rezegnek vagy mozognak; de a fizikai vagy kémiai tulajdonságai szempontjából a rendszer egyik részében nincs különbség.

Ez azt jelenti, hogy egy tiszta vas kocka homogén rendszer, mivel csak vas atomokkal rendelkezik. Ha egy fragmenst bármelyik csúcsáról elbontották és tulajdonságait meghatározták, ugyanazokat az eredményeket kapnánk; vagyis teljesül tulajdonságai homogenitása.

Ha nem tiszta, tulajdonságai az értékek egy tartományán belül ingadoznak. Ez a szennyeződéseknek a vasra és más anyagokra vagy vegyületekre gyakorolt ​​hatása.

Ha viszont a vaskocka rozsdás részeket (piros) és fém részeket (szürkés) tartalmaz, akkor ez egy heterogén rendszer.

Homogén reakciók

A homogén reakciók talán a legfontosabb homogén kémiai rendszerek. Ezekben az összes reagens ugyanabban a fázisban van, különösen a folyékony vagy a gázfázisban. A reagensek közötti nagyobb érintkezés és molekuláris ütközések jellemzik őket.

Mivel csak egy fázis van, a részecskék nagyobb szabadsággal és sebességgel mozognak. Egyrészt ez nagy előnye; De másrészt nemkívánatos termékek képződhetnek, vagy egyes reagensek olyan gyorsan mozognak, hogy nem ütköznek hatékonyan.

A forró gázok oxigénnel történő reakciója tüzet képezve ilyen típusú reakció emblematikus példája.

Bármely más rendszert, amelyben különböző fázisú reagensek vesznek részt, például a fémek oxidációját, heterogén reakciónak kell tekinteni.

Frakcionálási módszerek

Az egységességük miatt elvileg nem lehetséges a homogén rendszerek alkotóelemeit mechanikai módszerekkel elválasztani; sokkal kevésbé, ha tiszta anyag vagy vegyület, amelynek frakcionálásával elemi atomjaikat kapjuk.

Például könnyebb (vagy gyorsabb) a pizza összetevőinek (heterogén rendszer) elválasztása, mint a kávé (homogén rendszer) összetevőinek elválasztása. Az elsőben elegendő, ha kezét használja az összetevők eltávolításához; míg a másodiknál ​​kevesebb, mint kezet vesz igénybe a kávé elválasztása a vízből.

A módszerek a rendszer bonyolultságától és annak anyagi fázisaitól függően változnak.

Párolgás

A bepárlás oldat melegítését jelenti, amíg az oldószer teljesen el nem párolog, és az oldott anyag leülepedik. Ezért ezt a módszert alkalmazzák homogén folyadék-szilárd rendszerekre.

Például, ha egy pigmentet víztartályban oldunk, a rendszer kezdetben heterogén, mivel a pigment kristályai még nem diffundáltak a térfogatban. Egy idő után az összes víz azonos színűvé válik, ami a homogenizációt jelzi.

A hozzáadott pigment visszanyerése érdekében a teljes vízmennyiséget melegíteni kell, amíg elpárolog. Így a H ₂ O molekulák növelik az átlagos kinetikus energiájukat, a hő által szolgáltatott energianak köszönhetően. Ez ahhoz vezet, hogy kiszabadulnak a gáznemű fázisba, és pigmentkristályokat hagynak az alján (és a tartály falán).

Ugyanez történik a tengervízzel, amelynek sói fehér kövekként melegítés közben kinyerhetők.

Másrészt, bepárlással is használják, hogy eltávolítsuk az illékony oldott anyagokat, mint például gáz-halmazállapotú molekulákhoz (O ₂, CO ₂, N ₂, stb). Az oldat felmelegítésekor a gázok buborékok képződését kezdenek gyűjteni, amelyek nyomása, ha meghaladja a külső nyomást, növekszik a folyadék kiszökésében.

Rotaevaporation

Ez a módszer lehetővé teszi a szerves oldószerek visszanyerését vákuum alkalmazásával. Nagyon hasznos, különösen az olajok vagy zsírok szerves anyagból történő kivonásakor.

Ily módon az oldószert újra felhasználhatják a jövőbeni extrakciókhoz. Ezek a kísérletek nagyon gyakoriak bármilyen szerves anyagból (mag, vetőmag, virág, gyümölcshéja stb.) Nyert természetes olajok vizsgálatában.

Lepárlás

A desztilláció lehetővé teszi a homogén folyadék-folyadék rendszer alkotóelemeinek elválasztását. Az egyes komponensek forráspontjának különbségén (ΔT _eb) alapul; minél nagyobb a különbség, annál könnyebb lesz elválasztani őket.

Hűtési oszlopra van szükség, amely elősegíti a leginkább illékony folyadék kondenzációját, amely ezután egy gyűjtőgömbbe áramlik. A desztilláció típusa az ΔT _eb értékétől és az érintett anyagokatól függ.

Ezt a módszert széles körben használják homogén keverékek tisztításakor; például egy gáznemű termék visszanyerése egy homogén reakcióból. Ugyanakkor alkalmazható heterogén keverékekre is, ahogyan ez a nyersolaj finomításánál történik fosszilis tüzelőanyagok és más termékek előállítása céljából.

cseppfolyósító

És mi lenne a homogén gáznemű rendszerekkel? Egynél több típusú gáznemű molekulából vagy atomból állnak, amelyek molekuláris szerkezetükben, tömegükben és atomi sugaraikban különböznek egymástól.

Ezért megvannak a saját fizikai tulajdonságai, és eltérően viselkednek a nyomás növekedésével és a hőmérséklet csökkenésével szemben.

Ha mind a T, mind a P változik, egyes gázok inkább erősebben kölcsönhatásba lépnek, mint mások; elegendő erővel folyékony fázisba kondenzálódni. Ha viszont a teljes rendszer kondenzál, akkor a kondenzátum alkotóelemeit desztilláljuk.

Ha A és B gázok, cseppfolyósítás útján homogén keverékgé kondenzálódnak, amelyet desztillációnak vetnek alá. Ily módon a tiszta A és B különféle edényekben nyerhető (például külön folyékony oxigén és nitrogén).

Példák

Az alábbiakban felsoroljuk a homogén rendszerek további példáit.

A mindennapi életből

-Fehér fogkrém.

- Ecet, valamint kereskedelmi alkohol és folyékony mosószerek.

-A vérplazma.

-A levegő. A felhők homogén rendszereknek is tekinthetők, bár valójában mikrocseppek tartalmaznak.

- Alkoholos italok jég nélkül.

-Perfumes.

-Zselatinok, tej és méz. Mikroszkopikusan azonban heterogén rendszerek, annak ellenére, hogy szabad szemmel egyetlen fázist mutatnak.

-Minden szilárd tárgy látható látható tulajdonságokkal, mint például szín, fényerő, méretek stb. Például szimmetrikus és fém rögök, vagy ásványi vagy sólapú, csiszolt blokkok. A tükrök szintén a tárgyak ezen tartományába esnek.

Vegyszerek

- Acél és fémötvözetek. Fématomjai kristályos elrendezésben vannak elrendezve, ahol a fémkötés részt vesz. Ha az atomok eloszlása ​​egyenletes, akkor az X vagy Y fém atomjai "rétegei" nélkül vannak.

-Minden laboratóriumban vagy kívül készített oldat.

-Tiszta szénhidrogének (bután, propán, ciklohexán, benzol stb.)

- Minden szintézis vagy előállítás, ahol a reagensek vagy a nyersanyag egyfázisú.

Homogén katalízis

Egyes reakciókat homogén katalizátorok hozzáadásával gyorsíthatunk, amelyek olyan anyagok, amelyek egy nagyon specifikus mechanizmus szerint vesznek részt a reagensek azonos fázisában; vagyis a vizes oldatokban végrehajtott reakciók során ezeknek a katalizátoroknak oldhatónak kell lenniük.

Általában a homogén katalízis nagyon szelektív, bár nem túl aktív vagy stabil.

Irodalom

1. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2018). Homogén reakció. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. szeptember 24.) A különbség a heterogén és a homogén keverékek között. Helyreállítva: gondolat.com
3. Chemicool. (2017). A homogén meghatározása. Helyreállítva: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Példák homogén keverékre. Helyreállítva a következő példákból: példa.yourdictionary.com
5. Tudják a tudományokat. (Sf). Kémia: homogén és heterogén rendszerek. Helyreállítva: saberdeciencias.com
6. Naso C. licence, prof. Keverékek és oldatok.. Helyreállítva: cam.educaciondigital.net
7. Brazil R. (2018. április 20.). A homogén és heterogén katalízis kombinálása. Helyreállítva: chemistryworld.com