ОДНОРОДНАЯ СИСТЕМА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАССИФИКАЦИЯ, МЕТОДЫ - ХИМИЯ - 2024

Однородная система является той частью вселенной , которая состоит из одной фазы материи. Она может быть полностью однородной фазой или состоять из упорядоченной и симметричной смеси элементов, которые в случае гомогенных химических систем являются частицами (молекулами, атомами, ионами и т. Д.).

Природа стремится с помощью неопределенных или хорошо известных механизмов гомогенизировать некоторые свойства или всю систему. На Земле существует оркестр баланса между однородными и разнородными системами, рассматриваемый как таковые при визуальных исследованиях.

Источник: Maxpixel

То есть, в первую очередь, глаза определяют, является ли система (любой объект или пространство) однородной или нет. Если это поверхностно, следующим шагом будет спросить себя, какова его композиция и как расположены ее элементы. Имея это в виду, можно утверждать или нет (с некоторой уверенностью), если система обладает однородностью по своим свойствам.

Например, на изображении выше у вас есть изображение чашки кофе, тарелки и обертки от сахара со счастливым лицом. Если бы эти три элемента рассматривались для исследования, то система была бы неоднородной, но если бы изучался только черный кофе внутри чашки, в этом случае мы бы говорили об однородной системе.

Зачем? Потому что на первый взгляд черный кофе выглядит гладким, и вы можете подумать, что таков интерьер. Если добавить сахар без перемешивания, он осядет на дно чашки, и исходная гомогенная система станет неоднородной.

Однако, если кофе перемешивать до полного растворения сахара, его однородность вернется, хотя с новым органолептическим свойством, что теперь он слаще, чем раньше. Чтобы кофе был однородным, каждая капля кофе, извлеченная из любого угла чашки, должна иметь одинаковый вкус.

С другой стороны, чашку черного кофе можно сравнить с чашкой с пузырьковой поверхностью. Второй будет менее однородным, чем первый, поскольку в нем нет равномерного распределения пузырьков. Но если оба кофе имеют одинаковый вкус и не содержат кристаллов сахара (наиболее важные переменные), то они оба одинаково однородны.

Кофе со взбитыми сливками или с художественными рисунками на поверхности можно принимать неоднородными системами (хотя смесь однородна по отношению к кофе).

Характеристики однородной системы

Какими характеристиками должна обладать однородная система?

-Он должен состоять из одной материальной фазы (жидкой, твердой или газовой).

-Когда это смесь, ее компоненты должны быть способны образовывать единую однородную фазу. Так обстоит дело с кофе и сахаром. Если на дне стакана или чашки есть нерастворенные кристаллы сахара, они составляют вторую фазу.

-Его интенсивные свойства (плотность, вязкость, молярный объем, температура кипения и т. Д.) Должны быть одинаковыми во всех точках внутри системы. Это касается и органолептических свойств (вкус, цвет, запах и т. Д.). Таким образом, безе с одним вкусом является однородной системой, если в нем нет другого элемента (например, измельченных фруктов).

-Компоненты ваших смесей расположены в пространстве однородно и симметрично.

Шахматная доска и субъективность

Последняя функция может вызвать путаницу и противоречивые взгляды.

Шахматная доска (без фигур), например, представляет собой точку, в которой возникают разные мнения о ней. Он однородный или неоднородный? И если черные и белые квадраты чередуются рядами (один белый, один черный и т. Д.), Какова будет реакция в этом сценарии?

Поскольку коробки отличаются друг от друга по цвету, это основная переменная. Есть заметная разница между белым и черным, которая чередуется по всей доске.

Каждый цвет представляет собой компонент, и смесь является однородной, если их физическое расположение ориентировано таким образом, чтобы минимизировать различия в их свойствах. Поэтому цвета должны быть расположены максимально равномерно и симметрично.

Исходя из этого, шахматная доска однородна, потому что, несмотря на то, что она неоднородна по цвету, их разница равномерно чередуется. В то время как цвета отображаются в строках, очевидны «черная и белая фазы», ​​что было бы эквивалентно наличию двух фаз и вхождению в определение гетерогенной системы.

классификация

Однородные системы могут иметь множество классификаций, которые зависят от того, к какой отрасли знаний они принадлежат. В химии недостаточно поверхностно наблюдать за системой, но необходимо выяснить, какие частицы составляют ее и что они в ней делают.

Решения

Ненасыщенные растворы - это однородные смеси или системы, присутствующие не только в химии, но и в повседневной жизни. Море и океаны - это огромные массы ненасыщенной соленой воды. Молекулы растворителя, обычно в жидкой фазе, окружают молекулы растворенного вещества и предотвращают их агрегирование с образованием твердого вещества или пузырька.

Практически все решения попадают в эту классификацию. Неочищенные спирты, кислоты, основания, смеси органических растворителей, индикаторные растворы или реагенты переходных металлов; все, что содержится в мерных шарах, стеклянных или пластиковых контейнерах, классифицируется как однородные системы.

Столкнувшись с меньшим образованием второй фазы в любом из этих растворов, система больше не является однородной.

Чистые вещества

Фраза «нечистые спирты» была написана выше, имея в виду тот факт, что их обычно смешивают с водой. Однако чистые спирты, как и любые другие жидкие соединения, представляют собой гомогенные системы. Это касается не только жидкостей, но и твердых тел и газов.

Зачем? Потому что, когда у вас есть только один тип частиц в системе, вы говорите о высокой однородности. Все они одинаковы, и единственная вариация заключается в том, как они вибрируют или двигаются; но, что касается его физических или химических свойств, нет никакой разницы ни в одной части системы.

Это означает, что куб из чистого железа - однородная система, потому что в нем есть только атомы железа. Если бы фрагмент был оторван от любой из его вершин и его свойства были определены, были бы получены те же результаты; то есть выполняется однородность его свойств.

Если бы он был нечистым, его свойства колебались бы в пределах диапазона значений. Это влияние примесей на железо, а также на любое другое вещество или соединение.

Если же железный куб имеет ржавые части (красные) и металлические части (сероватые), то это неоднородная система.

Гомогенные реакции

Гомогенные реакции, пожалуй, самые важные гомогенные химические системы. В них все реагенты находятся в одной и той же фазе, особенно жидкая или газовая фаза. Для них характерен больший контакт и молекулярные столкновения между реагентами.

Поскольку фаза только одна, частицы движутся с большей свободой и скоростью. С одной стороны, это большое преимущество; Но, с другой стороны, могут образовываться нежелательные продукты или некоторые реагенты движутся так быстро, что не могут эффективно сталкиваться.

Реакция горячих газов с кислородом с образованием огня является ярким примером такого типа реакции.

Любая другая система, в которой участвуют реагенты с разными фазами, например окисление металлов, считается гетерогенной реакцией.

Методы фракционирования

В принципе, учитывая их однородность, невозможно разделить компоненты однородных систем механическими методами; гораздо меньше, если это чистое вещество или соединение, из которого получены его элементарные атомы.

Например, легче (или быстрее) разделить компоненты пиццы (гетерогенная система), чем компоненты кофе (гомогенная система). В первом достаточно удалить ингредиенты руками; а со вторым, чтобы отделить кофе от воды, потребуется больше, чем руки.

Методы различаются в зависимости от сложности системы и ее материальных фаз.

выпаривание

Испарение заключается в нагревании раствора до полного испарения растворителя, оставляя растворенное вещество осажденным. Поэтому этот метод применяется к однородным системам жидкость-твердое тело.

Например, при растворении пигмента в емкости с водой система изначально неоднородна, поскольку кристаллы пигмента еще не разлились по всему объему. Через некоторое время вся вода приобретает одинаковый цвет, что указывает на гомогенизацию.

Чтобы восстановить добавленный пигмент, весь объем воды необходимо нагреть до испарения. Таким образом, молекулы H ₂ O увеличивают свою среднюю кинетическую энергию за счет энергии, выделяемой теплом. Это приводит к тому, что они уходят в газовую фазу, оставляя кристаллы пигмента на дне (и на стенках контейнера).

То же самое и с морской водой, из которой при нагревании извлекаются ее соли в виде белых камней.

С другой стороны, испарение также используется для удаления летучих растворенных веществ, таких как газообразные молекулы (O ₂ , CO ₂ , N ₂ и т. Д.). Когда раствор нагревается, газы начинают собираться, образуя пузырьки, давление которых, если оно превышает внешнее давление, поднимется, чтобы выйти из жидкости.

Ротационное испарение

Этот метод позволяет восстанавливать органические растворители с помощью вакуума. Это очень полезно, особенно при извлечении масел или жиров из органических веществ.

Таким образом, растворитель можно повторно использовать для будущих экстракций. Эти эксперименты очень распространены при изучении натуральных масел, полученных из любых органических веществ (масел, семян, цветов, скорлупы плодов и т. Д.).

дистилляция

Дистилляция позволяет разделить компоненты гомогенной системы жидкость-жидкость. Он основан на разнице температур кипения каждого компонента (ΔT _eb ); чем больше разница, тем легче их будет разделить.

Для этого требуется охлаждающая колонна, которая способствует конденсации наиболее летучей жидкости, которая затем перетекает в сборный баллон. Тип перегонки варьируется в зависимости от значений ΔT _eb и используемых веществ.

Этот метод широко используется при очистке гомогенных смесей; такие как, например, выделение газообразного продукта из гомогенной реакции. Однако он также может применяться для гетерогенных смесей, как это происходит в процессах переработки сырой нефти для получения ископаемого топлива и других продуктов.

Разжижение

А как быть с однородными газовыми системами? Они состоят из более чем одного типа газообразных молекул или атомов, которые различаются своей молекулярной структурой, массой и атомным радиусом.

Следовательно, они обладают собственными физическими свойствами и по-разному ведут себя при повышении давления и понижении температуры.

Когда и T, и P изменяются, некоторые газы имеют тенденцию взаимодействовать сильнее, чем другие; с достаточной силой, чтобы конденсироваться в жидкую фазу. Если же конденсируется вся система, то используется отгонка компонентов конденсата.

Если A и B - газы, то при сжижении они конденсируются в гомогенную смесь, которую затем подвергают перегонке. Таким образом, чистые A и B получаются в разных сосудах (например, с отдельными жидким кислородом и азотом).

Примеры

Дополнительные примеры однородных систем перечислены ниже.

Повседневной жизни

-Белая зубная паста.

-Уксус, а также технический спирт и жидкие моющие средства.

-Плазма крови.

-Воздух. Облака также можно считать однородными системами, хотя на самом деле они содержат микрокапли воды.

-Алкогольные напитки без льда.

-Духи.

-Желатины, молоко и мед. Однако микроскопически они представляют собой неоднородные системы, несмотря на то, что невооруженным глазом видна одна фаза.

-Любой твердый объект с видимыми однородными характеристиками, такими как цвет, яркость, размеры и т. Д. Например, симметричные и металлические самородки или ограненные блоки минерала или соли. Зеркала также попадают в этот круг объектов.

химикалии

-Сталь и металлические сплавы. Его металлические атомы расположены в кристаллической структуре, в которой участвует металлическая связь. Если распределение атомов равномерное, без «слоев» атомов металла X или Y.

-Все решения, приготовленные внутри или вне лаборатории.

-Чистые углеводороды (бутан, пропан, циклогексан, бензол и др.).

-Все синтезы или производства, в которых реагенты или сырье находятся в одной фазе.

Гомогенный катализ

Некоторые реакции ускоряются за счет добавления гомогенных катализаторов, которые представляют собой вещества, которые по очень специфическому механизму участвуют в одной и той же фазе реагентов; то есть в реакциях, проводимых в водных растворах, эти катализаторы должны быть растворимыми.

В общем, гомогенный катализ очень избирательный, хотя и не очень активный или стабильный.

Ссылки

1. Редакторы энциклопедии Британника. (2018). Гомогенная реакция. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
2. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (24 сентября 2018 г.). Разница между гетерогенными и однородными смесями. Получено с: thinkco.com
3. Chemicool. (2017). Определение однородного. Получено с: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Примеры однородной смеси. Получено с: examples.yourdictionary.com
5. Знаю наук. (SF). Химия: однородные и гетерогенные системы. Получено с: saberdeciencias.com
6. Проф. Лиценз. Насо К. (н.э.) Смеси и растворы. . Получено с: cam.educaciondigital.net
7. Бразилия Р. (20 апреля 2018 г.). Сочетание гомогенного и гетерогенного катализа. Получено с: chemistryworld.com