HOMOGENI SISTEM: ZNAČILNOSTI, KLASIFIKACIJA, METODE - KEMIJA - 2026

Homogen sistem je tisti del vesolja, ki je sestavljen iz ene same faze materije. Lahko je popolnoma enotna faza ali je sestavljena iz urejene in simetrične mešanice elementov, ki so v primeru homogenih kemičnih sistemov delci (molekule, atomi, ioni itd.).

Narava teži po negotovih ali dobro znanih mehanizmih homogenizirati neko lastnost ali celoten sistem. Na Zemlji je orkester ravnotežja med homogenimi in heterogenimi sistemi, ki jih kot vizualne raziskave štejejo za take.

Vir: Maxpixel

Se pravi, najprej oči določijo, ali je sistem (kateri koli predmet ali prostor) homogen ali ne. Če je površinsko, je naslednji korak, da se vprašate, kakšna je njegova sestava in kako so njeni elementi razporejeni. Glede na to je mogoče pritrditi ali ne (z nekaj gotovosti), če sistem pokaže lastnosti homogenosti.

Na zgornji sliki imate na primer podobo skodelice za kavo, krožnik in sladkorni ovoj z veselim obrazom. Če bi te tri elemente šteli za študijo, bi bil sistem heterogen, če pa bi preučevali le črno kavo znotraj skodelice, bi v tem primeru govorili o homogenem sistemu.

Zakaj? Ker na prvi pogled črna kava izgleda gladko in morda mislite, da je tako tudi notranjost. Če bi dodali sladkor brez mešanja, bi se usedel na dno skodelice in začetni homogeni sistem bi postal heterogen.

Če pa bi kavo mešali, dokler sladkor ni popolnoma raztopljen, bi se njegova homogenost vrnila, čeprav z novo organoleptično lastnostjo, da je zdaj slajša kot prej. Da bi bila homogena, mora biti vsaka kapljica kave, izvlečena iz katerega koli kotička skodelice, popolnoma enaka.

Po drugi strani pa lahko skodelico črne kave primerjamo s tisto z mehurčkom. Drugi bi bil manj homogen od prvega, saj ne predstavlja enakomerne porazdelitve svojih mehurčkov. Če pa imata dve kavi enak okus in nimata kristalov sladkorja (najpomembnejše spremenljivke), sta obe enako homogeni.

Kave s stepeno smetano ali z umetniškimi risbami na njihovi površini lahko jemljejo heterogeni sistemi (tudi če je mešanica homogena glede na kavo).

Značilnosti homogenega sistema

Katere lastnosti mora imeti homogeni sistem?

-Imeti mora eno samo materialno fazo (tekoča, trdna ali plinska).

-Če gre za mešanico, morajo biti njene sestavine sposobne tvoriti enotno fazo. Tako je s kavo in sladkorjem. Če so na dnu kozarca ali skodelice neraztopljeni kristali sladkorja, predstavljajo drugo fazo.

-Neintenzivne lastnosti (gostota, viskoznost, molska prostornina, vrelišče itd.) Morajo biti enake na vseh točkah sistema. To velja tudi za organoleptične lastnosti (okus, barva, vonj itd.). Tako je enodrometen okus enakomernega sistema, dokler nima drugega elementa (na primer sesekljanega sadja).

-Sestavine vaših mešanic so razporejene v prostoru na homogen in simetričen način.

Šahovnica in subjektivnost

Slednja funkcija lahko sproži zmedo in nasprotujoča si stališča.

Na primer šahovnica (brez kosov) predstavlja točko, kjer se o njej porajajo različna mnenja. Je homogena ali heterogena? In če se črno-beli kvadratki izmenjujejo v vrsticah (ena bela, ena črna in tako naprej), kakšen bi bil odziv v tem scenariju?

Ker se polja razlikujejo med seboj po barvi, je to glavna spremenljivka. Med belo in črno je opazna razlika, ki se izmenično spreminja po celotni plošči.

Vsaka barva predstavlja komponento in zmes je homogena, če je njihova fizična razporeditev usmerjena tako, da se čim bolj zmanjšajo razlike v njihovih lastnostih. Zato je treba barve razporediti čim bolj enakomerno in simetrično.

Iz tega sklepanja je šahovnica homogena, saj se kljub različnosti glede na njene barve razlikuje enakomerno. Medtem ko so barve prikazane v vrsticah, so vidne "črno-bele faze", ki bi bile enakovredne dvema fazama in vključitvi v definicijo heterogenega sistema.

Razvrstitev

Homogeni sistemi imajo lahko številne klasifikacije, ki so odvisne od tega, v katero vejo znanja spadajo. V kemiji ni dovolj, da površinsko opazujemo sistem, ampak da ugotovimo, kateri delci ga sestavljajo in kaj v njem počnejo.

Rešitve

Nenasičene raztopine so homogene zmesi ali sistemi, ki so prisotni ne samo v kemiji, ampak tudi v vsakdanjem življenju. Morje in oceani so velikanske mase nenasičene slane vode. Molekule topila, običajno v tekoči fazi, obkrožajo molekule topljenca in jim preprečujejo, da bi se združile v tvorbo trdne snovi ali mehurčka.

Skoraj vse rešitve sodijo v to razvrstitev. Nečisti alkoholi, kisline, baze, mešanica organskih topil, indikatorskih raztopin ali reagentov iz prehodnih kovin; vsi v prostorninskih balonih ali steklenih ali plastičnih posodah so razvrščeni kot homogeni sistemi.

Sistem, ki se sooča z manj tvorbe druge faze v kateri koli od teh raztopin, ni več homogen.

Čiste snovi

Zgoraj je bila napisana fraza „nečisti alkoholi“, ki se nanaša na dejstvo, da jih običajno pomešamo z vodo. Vendar so čisti alkoholi, pa tudi katera koli druga tekoča spojina, homogeni sistemi. To ne velja samo za tekočine, ampak tudi za trdne snovi in ​​pline.

Zakaj? Ker imate v sistemu samo eno vrsto delcev, govorite o visoki homogenosti. Vsi so enaki in edina sprememba je v načinu, kako vibrirajo ali se premikajo; vendar glede na njegove fizikalne ali kemične lastnosti v nobenem delu sistema ni razlike.

To pomeni, da je kocka čistega železa homogeni sistem, ker ima le atome železa. Če bi bil odsek odtrgan iz katerega koli od njegovih vrhov in so bile določene njegove lastnosti, bi dobili enake rezultate; to pomeni, da je homogenost njegovih lastnosti izpolnjena.

Če bi bil nečist, bi njegove lastnosti nihale v območju vrednosti. To je vpliv nečistoč na železo in na katero koli drugo snov ali spojino.

Če ima železna kocka na drugi strani rjave dele (rdeče) in kovinske dele (sivkasto), potem gre za heterogeni sistem.

Homogene reakcije

Homogene reakcije so morda najpomembnejši homogeni kemični sistemi. V njih so vsi reaktanti v isti fazi, še posebej tekočina ali plin. Zanje so značilni večji stiki in molekulski trki med reaktanti.

Ker je samo ena faza, se delci premikajo z večjo svobodo in hitrostjo. Po eni strani je to velika korist; Toda po drugi strani se lahko tvorijo neželeni izdelki ali pa se nekateri reagenti premikajo tako hitro, da ne trčijo učinkovito.

Reakcija vročih plinov s kisikom za nastanek ognja je izrazit primer te vrste reakcije.

Vsak drugi sistem, v katerem sodelujejo reaktanti z različnimi fazami, na primer oksidacija kovin, se šteje za heterogeno reakcijo.

Metode frakcioniranja

Načeloma zaradi enotnosti ni mogoče ločiti sestavnih delov homogenih sistemov z mehanskimi metodami; veliko manj, če gre za čisto snov ali spojino, iz katere frakcioniranja dobimo njene elementarne atome.

Na primer, lažje (ali hitreje) ločimo sestavne dele pice (heterogeni sistem), kot pa kave (homogeni sistem). V prvem je dovolj, da z rokami odstranite sestavine; medtem ko bo z drugim treba ločiti kavo od vode.

Metode se razlikujejo glede na kompleksnost sistema in njegove materialne faze.

Izhlapevanje

Izhlapevanje obsega segrevanje raztopine, dokler topilo popolnoma ne izhlapi, tako da se topilo ustali. Zato se ta metoda uporablja za homogene sisteme tekoče-trdne snovi.

Na primer, pri raztapljanju pigmenta v posodi z vodo je sistem sprva heterogen, saj kristali pigmenta še niso razpršeni po celotni prostornini. Čez nekaj časa vsa voda postane iste barve, kar kaže na homogenizacijo.

Za povrnitev dodanega pigmenta je treba segreti celoten volumen vode, dokler ne izhlapi. Tako H ₂ O molekule povečati povprečnih kinetična energija zahvaljujoč energije, ki jo toploto. To vodi k temu, da pobegnejo v plinasto fazo, na dnu (in na stenah posode) puščajo pigmentne kristale.

Enako se dogaja z morsko vodo, iz katere se njene soli pri segrevanju lahko izločijo kot bele kamne.

Po drugi strani se izhlapevanje uporablja tudi za odstranjevanje hlapnih topil, kot so plinaste molekule (O ₂ , CO ₂ , N ₂ itd.). Ko se raztopina segreva, se plini začnejo zbirati, da tvorijo mehurčke, katerih pritisk, če preseže zunanji tlak, naraste, da uide tekočini.

Rotaevaporation

Ta metoda omogoča pridobivanje organskih topil z uporabo vakuuma. Zelo je uporaben, zlasti pri črpanju olj ali maščob iz organskih snovi.

Na ta način lahko topilo ponovno uporabimo za prihodnje ekstrakcije. Ti poskusi so zelo pogosti pri preučevanju naravnih olj, ki jih dobimo iz katere koli organske snovi (mehko, semen, cvetov, sadnih lupin itd.).

Destilacija

Destilacija omogoča ločevanje sestavnih delov homogenega sistema tekočina-tekočina. Temelji na razliki vrelišč vsake komponente (ΔT _eb ); večja kot je razlika, lažje jih bo ločiti.

Zahteva hladilni stolpec, ki spodbuja kondenzacijo najbolj hlapne tekočine, ki se bo nato prelila v zbiralni balon. Vrsta destilacije se razlikuje glede na vrednosti ΔT _eb in vpletenih snovi.

Ta metoda se pogosto uporablja pri čiščenju homogenih zmesi; kot je na primer pridobivanje plinastega proizvoda iz homogene reakcije. Vendar pa se uporablja tudi za raznolike mešanice, kar se dogaja pri postopkih rafiniranja surove nafte za pridobivanje fosilnih goriv in drugih proizvodov.

Utekočinjanje

Kaj pa homogeni plinasti sistemi? Sestavljene so iz več vrst plinastih molekul ali atomov, ki se razlikujejo po svojih molekularnih strukturah, masah in atomskem polmeru.

Zato imajo svoje fizične lastnosti in se ob povečanju tlaka in padcu temperature obnašajo drugače.

Kadar se T in P razlikujeta, nekateri plini delujejo močneje kot drugi; z dovolj sile, da se kondenzira v tekočo fazo. Če se na drugi strani celoten sistem kondenzira, potem uporabimo destilacijo komponent kondenzata.

Če sta A in B plina, se skozi utekočinjenje kondenzirata v homogeno zmes, ki jo nato destiliramo. Na ta način se dobita čista A in B v različnih posodah (na primer ločeni tekoči kisik in dušik).

Primeri

Spodaj so navedeni dodatni primeri homogenih sistemov.

Vsakodnevnega življenja

-Bela zobna pasta.

-Kis, pa tudi komercialni alkohol in tekoči detergenti.

- Krvna plazma.

-Zrak. Oblaki se lahko štejejo tudi za homogene sisteme, čeprav dejansko vsebujejo mikro kapljice vode.

-Alkoholne pijače brez ledu.

-Parfumi.

-Gelatini, mleko in med. Vendar so mikroskopsko heterogeni sistemi, kljub temu da s prostim očesom prikazujejo eno fazo.

-Vsi trden predmet z vidnimi enotnimi lastnostmi, kot so barva, svetlost, mere itd. Na primer, simetrični in kovinski nageljčki ali fasetirani bloki minerala ali soli. V to paleto predmetov spadajo tudi ogledala.

Kemikalije

-Jeklo in zlitine kovin. Njeni kovinski atomi so razporejeni v kristalni postavitvi, kjer sodeluje kovinska vez. Če je porazdelitev atomov enakomerna, brez "plasti" atomov kovinskega X ali Y.

-Vse raztopine, pripravljene znotraj ali zunaj laboratorija.

-Čisti ogljikovodiki (butan, propan, cikloheksan, benzen itd.)

-Vse sinteze ali produkcije, kjer so reagenti ali surovine v eni fazi.

Homogena kataliza

Nekatere reakcije pospešimo z dodajanjem homogenih katalizatorjev, ki so snovi, ki sodelujejo po zelo specifičnem mehanizmu v isti fazi reaktantov; to pomeni, da morajo biti v reakcijah v vodnih raztopinah ta katalizatorji topni.

Na splošno je homogena kataliza zelo selektivna, čeprav ni zelo aktivna ali stabilna.

Reference

1. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (2018). Homogena reakcija. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, dr. (24. september 2018). Razlika med heterogenimi in homogenimi mešanicami. Pridobljeno: misel.com
3. Kemikool. (2017). Opredelitev homogenega. Pridobljeno: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Primeri homogene mešanice. Pridobljeno iz: example.yourdictionary.com
5. Poznavanje znanosti. (sf). Kemija: homogeni in heterogeni sistemi. Pridobljeno: saberdeciencias.com
6. Profesor lic. Naso C. (sf). Mešanice in raztopine. . Pridobljeno: cam.educaciondigital.net
7. Brazilija R. (20. april 2018). Kombinacija homogene in heterogene katalize. Pridobljeno: chemistryworld.com