SISTEM OMOGEN: CARACTERISTICI, CLASIFICARE, METODE - CHIMIE - 2025

Un sistem omogen este acea porțiune a universului care 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 binecunoscute, să omogenizeze o anumită proprietate sau întregul sistem în sine. Pe Pământ există o orchestră de echilibru între sisteme omogene și eterogene, considerate ca atare prin explorări vizuale.

Sursa: Maxpixel

Adică, în primul rând, 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 în ce mod 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 cani de cafea, a unei farfurii și a unui pachet de zahăr cu fața fericită. Dacă aceste trei elemente ar fi luate în considerare pentru un studiu, atunci sistemul ar fi eterogen, dar dacă s-ar studia doar cafeaua neagră din interiorul cupei, în acest caz am vorbi despre un sistem omogen.

De ce? Deoarece, la prima vedere, cafeaua neagră arată netedă și s-ar putea să credeți că așa este și interiorul. Dacă s-ar adăuga zahăr fără agitare, s-ar așeza la fundul cupei și sistemul inițial omogen ar deveni eterogen.

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

Pe de altă parte, o ceașcă de cafea neagră poate fi comparată cu una cu o suprafață bubuită. 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), ambele sunt la fel de omogene.

Cafenele cu frișcă sau cu desene artistice pe suprafața lor, pot fi preluate de sisteme eterogene (chiar dacă amestecul este omogen în raport cu cafeaua).

Caracteristicile unui sistem omogen

Ce caracteristici ar trebui să aibă un sistem omogen?

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

-Când este un amestec, componentele sale trebuie să poată forma o singură fază uniformă. Este cazul cafelei și zahărului. Dacă în partea de jos a paharului sau a cupei există cristale de zahăr nedizolvate, acestea constituie oa doua fază.

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

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

Tabloul de șah și subiectivitatea

Această din urmă caracteristică poate declanșa confuzie și opinii contradictorii.

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

Deoarece casetele sunt diferențiate unele de altele după culoare, aceasta este variabila principală. Există o diferență vizibilă între alb și negru, care alternează pe tot tabla.

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

Din acest raționament, tablă de șah este omogenă, deoarece, în ciuda faptului că sunt eterogene în raport cu culorile sale, diferența lor alternează uniform. În timp ce cu culorile afișate pe rânduri, „fazele alb și 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 ce ramură a cunoștințelor aparțin. În chimie, nu este suficient să observăm superficial un sistem, ci să găsim ce particule îl alcătuiesc și ce fac în el.

soluţii

Soluțiile nesaturate sunt amestecuri omogene sau sisteme prezente nu numai în chimie, ci în viața de zi cu zi. Marea și oceanele sunt mase gigantice de apă sărată nesaturată. Moleculele de solvent, de obicei în faza lichidă, înconjoară molecule de solut și împiedică agregarea lor pentru a forma un solid sau o bulă.

Aproape toate soluțiile se încadrează în această clasificare. Alcooli impurați, 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 sunt clasificate ca sisteme omogene.

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

Substante pure

Expresia „alcooli impuri” a fost scrisă mai sus, referindu-se la faptul că sunt de obicei amestecate 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 ai un singur tip de particule într-un sistem, vorbești de omogenitate ridicată. Toate sunt aceleași și singura variație este 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 rupt din oricare dintre vârfurile sale și s-ar determina proprietățile sale, s-ar obține aceleași rezultate; adică omogenitatea proprietăților sale este îndeplinită.

Dacă ar fi impur, proprietățile sale ar fluctua într-o gamă 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 (roșu) și piese metalice (cenușii), atunci este un sistem eterogen.

Reacții omogene

Reacțiile omogene sunt poate cele mai importante sisteme chimice omogene. În ele, toți reactanții sunt în aceeași fază, în special lichidul sau gazul. Se caracterizează printr-un contact mai mare și coliziuni moleculare între reactanți.

Deoarece există o singură fază, particulele se mișcă cu o mai mare libertate și viteze. Pe de o parte, acesta este un mare beneficiu; 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 la care participă reactanți cu diferite faze, 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 pură sau un compus, din fracțiunile cărora se obțin atomii lor elementari.

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

Metodele variază în funcție de complexitatea sistemului și de fazele sale materiale.

Evaporare

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

De exemplu, la dizolvarea unui pigment într-un recipient cu apă, sistemul este inițial eterogen, deoarece cristalele pigmentului încă nu s-au difuzat pe tot parcursul volumului. După un timp, toată apa transformă aceeași culoare, ceea ce indică o omogenizare.

Pentru a recupera pigmentul adăugat, întregul volum de apă trebuie încălzit până se evaporă. Astfel, moleculele H ₂ O își cresc energia cinetică medie datorită energiei furnizate de căldură. Acest lucru duce la scăparea lor în faza gazoasă, lăsând cristale de pigment în partea de jos (și pe pereții containerului).

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, evaporare este de asemenea utilizat pentru a elimina soluți volatile , cum ar fi moleculele gazoase (O ₂ , CO ₂ , N ₂ , 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.

Rotaevaporation

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

În acest fel, solventul poate fi reutilizat pentru viitoarele extrageri. 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 (ΔT _eb ); cu cât este mai mare diferența, cu atât va fi mai ușor să le separați.

Necesită o coloană de răcire care promovează condensul celui mai volatil lichid, care va curge apoi într-un balon colector. Tipul de distilare variază în funcție de valorile ΔT _eb și de 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 aplicație pentru amestecuri eterogene, așa cum apare în procesele de rafinare a țițeiului pentru obținerea de combustibili fosili și alte produse.

Lichefiere

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

Prin urmare, au propriile lor proprietăți fizice și se comportă diferit în fața unei creșteri a presiunii și a unei scăderi a temperaturii.

Atunci când ambele T și P variază, unele gaze tind să interacționeze mai puternic decât altele; cu suficientă forță 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 diferite vase (precum oxigenul lichid separat și azotul).

Exemple

Exemple suplimentare de sisteme omogene sunt enumerate mai jos.

Din viața de zi cu zi

-Pastă de dinți albă.

-Vinegar, precum și alcool comercial și detergenți lichizi.

-Plama sanguina.

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

-Băuturi alcoolice fără gheață.

-Perfumes.

-Gelatine, lapte și miere. Cu toate acestea, microscopic sunt sisteme eterogene, deși prezintă o singură fază la ochiul liber.

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

chimicale

-Sale din otel si aliaje metalice. Atomii săi metalici sunt aranjați într-un aranjament cristalin unde 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 sunt într-o singură fază.

Cataliză omogenă

Unele reacții sunt accelerate prin adăugarea de catalizatori omogeni, care sunt substanțe care participă în conformitate cu un 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. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (2018). Reacție omogenă. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (24 septembrie 2018). Diferența dintre amestecurile eterogene și omogene. Recuperat de la: thinkco.com
3. Chemicool. (2017). Definiția Homogeneous. Recuperat de la: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Exemple de amestec omogen. Recuperat din: exemple.yourdictionary.com
5. Cunoaște științele. (Sf). Chimie: sisteme omogene și eterogene. Recuperat de la: saberdeciencias.com
6. Prof. Lic. Naso C. (sf). Amestecuri și soluții. . Recuperat de pe: cam.educaciondigital.net
7. Brazilia R. (20 aprilie 2018). Combinând o cataliză omogenă și eterogenă. Recuperat de la: chemistryworld.com