ХОМОГЕННА СИСТЕМА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАСИФИКАЦИЯ, МЕТОДИ - ХИМИЯ - 2025

А хомогенна система е, че част от Вселената, която се състои от една фаза на материята. Тя може да бъде напълно еднаква фаза или да се състои от подредена и симетрична смес от елементи, които в случай на хомогенни химични системи са частици (молекули, атоми, йони и др.).

Природата има тенденция чрез несигурни или добре известни механизми да хомогенизира някакво свойство или самата система. На Земята има оркестър за баланс между хомогенни и хетерогенни системи, считани за такива чрез визуални проучвания.

Източник: Maxpixel

Тоест, на първо място, очите определят дали една система (всеки обект или пространство) е хомогенна или не. Ако е повърхностно, следващата стъпка е да се запитате каква е нейната композиция и по какъв начин са подредени нейните елементи. Имайки това предвид, може да се потвърди или не (с известна сигурност), ако системата представи хомогенност в свойствата си.

Например в изображението по-горе имате изображението на чаша за кафе, чиния и захарна обвивка с щастливо лице. Ако тези три елемента бяха разгледани за изследване, тогава системата би била хетерогенна, но ако се изследва само черното кафе вътре в чашата, в този случай бихме говорили за хомогенна система.

Защо? Защото на пръв поглед черното кафе изглежда гладко и може да си мислите, че такъв е и интериорът. Ако захарта се добави без разбъркване, тя ще се утаи на дъното на чашата и първоначалната хомогенна система ще стане хетерогенна.

Ако обаче кафето се разбърква до пълното разтваряне на захарта, хомогенността му ще се върне, макар и с новото органолептично свойство, че сега е по-сладко от преди. За да бъде хомогенна, всяка капка кафе, извлечена от който и да е ъгъл на чашата, трябва да има точно същия вкус.

От друга страна, чаша черно кафе може да се сравни с такава с мехурчеста повърхност. Вторият би бил по-малко хомогенен от първия, тъй като не представя равномерно разпределение на мехурчетата си. Но ако двете кафета имат вкус еднакво и им липсват захарни кристали (най-важните променливи), то и двете са еднакво хомогенни.

Кафетата с бита сметана или с художествени рисунки на повърхността им могат да се приемат от разнородни системи (дори ако сместа е хомогенна по отношение на кафето).

Характеристики на хомогенна система

Какви характеристики трябва да има хомогенна система?

-Трябва да има единична материална фаза (течна, твърда или газова).

-Когато е смес, нейните компоненти трябва да могат да образуват една единна фаза. Такъв е случаят с кафето и захарта. Ако на дъното на чашата или чашата има неразтворени захарни кристали, те представляват втора фаза.

-Интензивните му свойства (плътност, вискозитет, моларен обем, точка на кипене и др.) Трябва да бъдат еднакви във всички точки в системата. Това се отнася и за органолептичните свойства (вкус, цвят, миризма и др.). По този начин една безвкусна безе е хомогенна система, стига да няма друг елемент (например нарязани плодове).

-Съставките на вашите смеси са подредени в пространството по хомогенен и симетричен начин.

Шахматната дъска и субективността

Последната функция може да предизвика объркване и противоречиви мнения.

Шахматната дъска (без парчетата) например представлява точка, в която за нея възникват различни мнения. Хомогенна ли е или хетерогенна? И ако черно-белите квадратчета се редуват в редове (един бял, един черен и т.н.), какъв би бил отговорът в този сценарий?

Тъй като кутиите са диференцирани една от друга по цвят, това е основната променлива. Има забележима разлика между бяло и черно, която се редува в цялата дъска.

Всеки цвят представлява компонент и сместа е хомогенна, ако физическото им подреждане е ориентирано по такъв начин, че да минимизира разликите в техните свойства. Следователно цветовете трябва да бъдат подредени възможно най-равномерно и симетрично.

От това разсъждение шахматната дъска е хомогенна, тъй като въпреки че е разнородна по отношение на цветовете си, разликата им се редува равномерно. Докато при цветовете, показани на редове, „черно-белите фази“ са очевидни, което би било еквивалентно на две фази и влизане в дефиницията на хетерогенна система.

класификация

Хомогенните системи могат да имат много класификации, които зависят от това в коя област на знанието принадлежат. В химията не е достатъчно да наблюдавате повърхностно дадена система, а да намерите кои частици да я съставят и какво правят в нея.

Solutions

Ненаситените разтвори са хомогенни смеси или системи, присъстващи не само в химията, но и в ежедневието. Морето и океаните са гигантски маси от ненаситена солена вода. Молекулите на разтворителя, обикновено в течна фаза, заобикалят разтворените молекули и не им позволяват да се агрегират до образуване на твърдо вещество или мехурче.

Почти всички решения попадат в тази класификация. Нечисти алкохоли, киселини, основи, смес от органични разтворители, индикаторни разтвори или реагенти от преходен метал; всички съдържащи се в обемни балони или стъклени или пластмасови контейнери се класифицират като хомогенни системи.

Изправена с по-малко образуване на втора фаза във всеки от тези разтвори, системата вече не е хомогенна.

Чисти вещества

Фразата „нечисти алкохоли“ беше написана по-горе, като се позовава на факта, че обикновено се смесват с вода. Чистите алкохоли, както и всяко друго течно съединение, са хомогенни системи. Това се отнася не само за течностите, но и за твърдите вещества и газовете.

Защо? Защото когато имате само един тип частици в система, вие говорите за висока хомогенност. Всички те са еднакви и единственото изменение е в начина, по който вибрират или се движат; но по отношение на неговите физични или химични свойства няма разлика в никоя част на системата.

Това означава, че куб от чисто желязо е хомогенна система, тъй като има само железни атоми. Ако фрагмент беше откъснат от някой от неговите върхове и неговите свойства бяха определени, ще се получат същите резултати; тоест хомогенността на неговите свойства е изпълнена.

Ако беше нечисто, неговите свойства биха се колебали в рамките на диапазон от стойности. Това е ефектът на примесите върху желязото и върху всяко друго вещество или съединение.

Ако, от друга страна, железният куб има ръждиви части (червени) и метални части (сивкави), то това е хетерогенна система.

Хомогенни реакции

Хомогенните реакции са може би най-важните хомогенни химични системи. В тях всички реагенти са в една и съща фаза, особено течната или газообразната фаза. Те се характеризират с по-голям контакт и молекулни сблъсъци между реагентите.

Тъй като има само една фаза, частиците се движат с по-голяма свобода и скорост. От една страна това е голяма полза; Но от друга страна, могат да се образуват нежелани продукти или някои реагенти да се движат толкова бързо, че да не се сблъскат ефективно.

Реакцията на горещи газове с кислород за създаване на огън е емблематичен пример за този тип реакция.

Всяка друга система, в която участват реагенти с различни фази, като окисляването на металите, се счита за хетерогенна реакция.

Методи на фракциониране

По принцип, като се има предвид тяхната еднородност, не е възможно да се разделят компонентите на хомогенните системи по механични методи; много по-малко, ако е чисто вещество или съединение, от чиито фракции се получават неговите елементарни атоми.

Например, по-лесно (или по-бързо) се разделят компонентите на пица (хетерогенна система), отколкото тези на кафе (хомогенна система). В първия от тях е достатъчно да използвате ръцете си, за да премахнете съставките; докато с второто ще ви отнеме повече от ръце, за да отделите кафето от водата.

Методите варират в зависимост от сложността на системата и нейните материални фази.

изпаряване

Изпаряването се състои в загряване на разтвор, докато разтворителят се изпари напълно, оставяйки разтвореното вещество да се утаи. Следователно този метод се прилага за хомогенни течно-твърди системи.

Например, при разтваряне на пигмент в контейнер с вода, първоначално системата е хетерогенна, тъй като кристалите на пигмента все още не са дифузни по целия обем. След известно време цялата вода превръща един и същ цвят, което е показателно за хомогенизиране.

За да се възстанови добавеният пигмент, целият обем вода трябва да се нагрява, докато се изпари. Така, H ₂ O молекули увеличават средните кинетична енергия благодарение на енергията, подавана от топлина. Това води до изпадането им в газообразна фаза, оставяйки пигментни кристали на дъното (и по стените на контейнера).

Същото се случва с морската вода, от която нейните соли могат да бъдат извлечени като бели камъни при нагряване.

От друга страна, изпаряването се използва и за отстраняване на летливи разтвори, като газообразни молекули (O ₂, CO ₂, N ₂ и др.). Когато разтворът се нагрява, газовете започват да се събират, за да образуват мехурчета, налягането на които, ако надвиши външното налягане, ще се повиши, за да излезе от течността.

Rotaevaporation

Този метод дава възможност за възстановяване на органични разтворители чрез прилагане на вакуум. Той е много полезен, особено при извличане на масла или мазнини от органична материя.

По този начин разтворителят може да се използва повторно за бъдещи екстракции. Тези експерименти са много чести при изучаването на естествени масла, получени от всякаква органична материя (просто, семена, цветя, плодови черупки и др.).

дестилация

Дестилацията позволява отделяне на компоненти на хомогенна система течност-течност. Тя се основава на разликата в точките на кипене на всеки компонент (ΔT _eb); колкото по-голяма е разликата, толкова по-лесно ще бъде разделянето им.

Тя изисква охлаждаща колона, която насърчава кондензацията на най-летливата течност, която след това ще се влее в събирателен балон. Типът на дестилация варира в зависимост от стойностите на ΔT _eb и участващите вещества.

Този метод се използва широко при пречистване на хомогенни смеси; като например извличане на газообразен продукт от хомогенна реакция. Въпреки това той има приложение и за разнородни смеси, както се случва в процесите на рафиниране на суров нефт за получаване на изкопаеми горива и други продукти.

втечняване

А какво да кажем за хомогенните газообразни системи? Те са съставени от повече от един вид газообразни молекули или атоми, които се различават по молекулните си структури, маси и атомни радиуси.

Следователно, те имат свои собствени физически свойства и се държат различно на фона на повишаване на налягането и намаляване на температурата.

Когато и Т и Р варират, някои газове са склонни да взаимодействат по-силно от други; с достатъчно сила, за да се кондензира в течна фаза. Ако, от друга страна, цялата система се кондензира, тогава се използва дестилация на компонентите на кондензата.

Ако А и В са газове, чрез втечняване те се кондензират в хомогенна смес, която след това се подлага на дестилация. По този начин се получават чисти А и В в различни съдове (като отделен течен кислород и азот).

Примери

Допълнителни примери за хомогенни системи са изброени по-долу.

От ежедневието

-Бела паста за зъби.

-Оцет, както и търговски алкохол и течни перилни препарати.

-Кръвната плазма.

-Въздухът. Облаците също могат да се считат за хомогенни системи, въпреки че всъщност съдържат микрокапки вода.

-Алкохолни напитки без лед.

-Perfumes.

-Желатини, мляко и мед. Микроскопски обаче те са хетерогенни системи, въпреки че показват една фаза с просто око.

-Всички твърди предмети с видими еднакви характеристики, като цвят, яркост, размери и т.н. Например симетрични и метални самородки или фасетни блокове от минерал или сол. Огледалата също попадат в този диапазон от обекти.

химикали

-Стали и метални сплави. Неговите метални атоми са подредени в кристално разположение, където металната връзка участва. Ако разпределението на атомите е равномерно, без "слоеве" от атоми на метал X или Y.

-Всички разтвори, приготвени в лабораторията или извън нея.

-Чисти въглеводороди (бутан, пропан, циклохексан, бензен и др.)

-Всички синтези или производства, при които реагентите или суровината са в една фаза.

Хомогенна катализа

Някои реакции се ускоряват чрез добавяне на хомогенни катализатори, които са вещества, които участват съгласно много специфичен механизъм в една и съща фаза на реагентите; тоест, в реакции, проведени във водни разтвори, тези катализатори трябва да са разтворими.

По принцип хомогенната катализа е много избирателна, макар и не много активна или стабилна.

Препратки

1. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (2018). Хомогенна реакция. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
2. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (24 септември 2018 г.). Разликата между хетерогенни и хомогенни смеси. Възстановено от: thinkco.com
3. Chemicool. (2017). Определение за хомогенна. Възстановено от: chemicool.com
4. Красота. (2018). Примери за хомогенна смес. Възстановено от: example.yourdictionary.com
5. Знаеш на науките. (SF). Химия: хомогенни и хетерогенни системи. Възстановено от: saberdeciencias.com
6. Проф. Лиц Насо С. (ср.). Смеси и разтвори., Възстановена от: cam.educaciondigital.net
7. Бразилия Р. (20 април 2018 г.). Комбиниране на хомогенна и хетерогенна катализа. Възстановено от: chemistryworld.com