HOMOGEENINEN JÄRJESTELMÄ: OMINAISUUDET, LUOKITTELU, MENETELMÄT - KEMIA - 2026

Homogeeninen systeemi on se, että osa maailmankaikkeuden, joka koostuu yhdestä vaiheesta aineen. Se voi olla täysin yhdenmukainen faasi tai koostua järjestetystä ja symmetrisestä elementtiseoksesta, joka on homogeenisten kemiallisten järjestelmien tapauksessa hiukkasia (molekyylejä, atomeja, ioneja jne.).

Luonto pyrkii epävarmojen tai tunnettujen mekanismien avulla homogenisoimaan jonkin ominaisuuden tai koko järjestelmän itse. Maapallolla on tasapainoorkesteri homogeenisten ja heterogeenisten järjestelmien välillä, joita visuaaliset tutkimukset pitävät sellaisinaan.

Lähde: Maxpixel

Toisin sanoen ensinnäkin silmät määrittelevät, onko järjestelmä (mikä tahansa esine tai avaruus) homogeeninen vai ei. Jos se on pinnallista, seuraava askel on kysyä itseltäsi, millainen sen koostumus on ja miten sen elementit on järjestetty. Tätä silmällä pitäen voidaan vakuuttaa vai ei (tietyllä varmuudella), jos järjestelmän ominaisuudet ovat homogeenisia.

Yllä olevassa kuvassa on esimerkiksi kuva kahvikupista, lautasesta ja sokerikääreestä, jolla on onnelliset kasvot. Jos näitä kolmea elementtiä otettaisiin huomioon tutkimuksessa, järjestelmä olisi heterogeeninen, mutta jos tutkittaisiin vain kupin sisällä olevaa mustaa kahvia, puhutaan tässä tapauksessa homogeenisesta järjestelmästä.

Miksi? Koska ensi silmäyksellä musta kahvi näyttää sileältä ja saatat ajatella, että niin on myös sisustus. Jos sokeria lisättäisiin sekoittamatta, se laskeutuisi kupin pohjaan ja alkuperäisestä homogeenisesta järjestelmästä muuttuisi heterogeeniseksi.

Jos kahvia kuitenkin sekoitettiin, kunnes sokeri oli kokonaan liuennut, sen homogeenisuus palaisi, vaikka uuden aistinvaraisen ominaisuuden kanssa, joka on nyt makeampi kuin ennen. Jotta homogeeninen, jokaisen kupin mistä tahansa kulmasta uutetun kahvipisaran on maistettava täsmälleen sama.

Toisaalta kuppia mustaa kahvia voidaan verrata kupliavan pinnan omaavaan. Toinen olisi vähemmän homogeeninen kuin ensimmäinen, koska siinä ei ole kuplien jakautumista tasaisesti. Mutta jos kahdesta maistuu sama maku ja puuttuvat sokerikiteet (tärkeimmät muuttujat), niin ne molemmat ovat tasalaatuisia.

Kahvia, joissa on kermavaahtoa tai joiden pinnalla on taiteellisia piirroksia, voidaan ottaa heterogeenisillä järjestelmillä (vaikka seos olisi kahvin suhteen homogeeninen).

Homogeenisen järjestelmän ominaispiirteet

Millä ominaisuuksilla homogeenisella järjestelmällä tulisi olla?

- Siinä on oltava yksi materiaalifaasi (nestemäinen, kiinteä tai kaasuinen).

-Kun se on seos, sen komponenttien on kyettävä muodostamaan yksi yhtenäinen vaihe. Näin on kahvin ja sokerin tapauksessa. Jos lasin tai kupin pohjassa on liukenemattomia sokerikiteitä, ne muodostavat toisen vaiheen.

-Sen intensiivisten ominaisuuksien (tiheys, viskositeetti, moolitilavuus, kiehumispiste jne.) On oltava samat kaikissa järjestelmän kohdissa. Tämä koskee myös aistinvaraisia ​​ominaisuuksia (maku, väri, tuoksu jne.). Siten yksi maku-marenki on homogeeninen järjestelmä, kunhan siinä ei ole muuta alkuainetta (kuten silputtuja hedelmiä).

-Sekoitteidesi komponentit on järjestetty avaruuteen homogeenisesti ja symmetrisesti.

Shakkilauta ja subjektiivisuus

Jälkimmäinen ominaisuus voi aiheuttaa sekaannuksia ja ristiriitaisia ​​näkemyksiä.

Esimerkiksi shakkilauta (ilman paloja) edustaa kohtaa, jossa siitä muodostuu erilaisia ​​mielipiteitä. Onko se homogeeninen vai heterogeeninen? Ja jos mustavalkoiset neliöt vuorottelevat riveissä (yksi valkoinen, yksi musta ja niin edelleen), mikä olisi vastaus siinä skenaariossa?

Koska laatikot on erotettu toisistaan ​​värin mukaan, tämä on päämuuttuja. Valkoisen ja mustan välillä on huomattava ero, joka vuorottelee koko taululla.

Jokainen väri edustaa komponenttia ja seos on homogeeninen, jos niiden fysikaalinen järjestely on suunnattu tavalla, joka minimoi niiden ominaisuuksien erot. Siksi värit tulisi järjestää mahdollisimman tasaisesti ja symmetrisesti.

Tästä päättelystä lähtien shakkilauta on homogeeninen, koska huolimatta siitä, että se on heterogeeninen väriensä suhteen, niiden ero vuorottelee tasaisesti. Rivillä esitetyillä väreillä ”mustavalkoiset vaiheet” ovat ilmeisiä, mikä vastaa sitä, että niissä on kaksi vaihetta ja heterogeenisen järjestelmän määritelmä.

Luokittelu

Homogeenisillä järjestelmillä voi olla monia luokituksia, jotka riippuvat siitä, mihin tietoryhmään ne kuuluvat. Kemiassa ei riitä, että havainnoidaan järjestelmää pinnallisesti, vaan etsitään, mitkä hiukkaset muodostavat sen ja mitä ne tekevät siinä.

ratkaisut

Tyydyttymättömät liuokset ovat homogeenisia seoksia tai järjestelmiä, joita esiintyy paitsi kemiassa, myös jokapäiväisessä elämässä. Meri ja valtameret ovat jättimäisiä massoja tyydyttymättömiä suolavesiä. Liuotinmolekyylit, yleensä nestefaasissa, ympäröivät liuenneita molekyylejä ja estävät niitä aggregoitumasta kiinteän aineen tai kuplan muodostamiseksi.

Lähes kaikki ratkaisut kuuluvat tähän luokitukseen. Epäpuhtaat alkoholit, hapot, emäkset, orgaanisten liuottimien seokset, indikaattoriliuokset tai siirtymämetallireagenssit; kaikki tilavuuspalloissa tai lasi- tai muovisäiliöissä on luokiteltu homogeenisiksi järjestelmiksi.

Jos toisen vaiheen muodostuminen missä tahansa näistä liuoksista on vähemmän, järjestelmä ei ole enää homogeeninen.

Puhtaat aineet

Lause ”epäpuhtaat alkoholit” kirjoitettiin yllä, viitaten siihen, että ne sekoitetaan yleensä veteen. Puhtaat alkoholit, samoin kuin mikä tahansa muu nestemäinen yhdiste, ovat kuitenkin homogeenisia järjestelmiä. Tämä ei koske vain nesteitä, vaan myös kiinteitä aineita ja kaasuja.

Miksi? Koska kun järjestelmässä on vain yhden tyyppisiä hiukkasia, puhut korkeaa homogeenisuutta. Ne ovat kaikki samoja, ja ainoa muunnelma on tapa, jolla ne värisevät tai liikkuvat; mutta sen fysikaalisten tai kemiallisten ominaisuuksien suhteen missään järjestelmän osassa ei ole eroa.

Tämä tarkoittaa, että puhtaan raudan kuutio on homogeeninen järjestelmä, koska siinä on vain rauta-atomeja. Jos fragmentti revittiin jostakin sen kärkipisteestä ja sen ominaisuudet määritetään, samat tulokset saadaan; ts. sen ominaisuuksien homogeenisuus täyttyy.

Jos se oli epäpuhdas, sen ominaisuudet vaihtelevat arvoalueella. Tämä on epäpuhtauksien vaikutus rautaan ja mihin tahansa muuhun aineeseen tai yhdisteeseen.

Jos toisaalta rautakuutiossa on ruostuneita osia (punainen) ja metallisia osia (harmahtavia), niin se on heterogeeninen järjestelmä.

Homogeeniset reaktiot

Homogeeniset reaktiot ovat ehkä tärkeimmät homogeeniset kemialliset järjestelmät. Niissä kaikki reagenssit ovat samassa faasissa, erityisesti neste- tai kaasumainen faasi. Niille on ominaista suurempi kontakti- ja molekyylikokoaminen reagenssien välillä.

Koska vaiheita on vain yksi, hiukkaset liikkuvat suuremmalla vapaudella ja nopeudella. Toisaalta tämä on suuri etu; Mutta toisaalta voi muodostua ei-toivottuja tuotteita tai jotkut reagenssit liikkuvat niin nopeasti, että ne eivät törmää tehokkaasti.

Kuumien kaasujen reaktio hapen kanssa tulipalon aikaansaamiseksi on esimerkki tämän tyyppisestä reaktiosta.

Kaikkia muita järjestelmiä, joissa osallistuvat reagenssit, joilla on eri faaseja, kuten metallien hapettumista, pidetään heterogeenisena reaktiona.

Murtomenetelmät

Periaatteessa niiden yhtenäisyyden vuoksi homogeenisten järjestelmien komponentteja ei ole mahdollista erottaa mekaanisilla menetelmillä; paljon vähemmän, jos se on puhdasta ainetta tai yhdistettä, jonka fraktioinnista sen alkuaineatomit saadaan.

Esimerkiksi pizzan komponentit (heterogeeninen järjestelmä) on helpompi (tai nopeampi) erottaa kuin kahvin (homogeeninen järjestelmä) komponentit. Ensimmäisessä riittää, että käytät käsiäsi ainesosien poistamiseen; kun taas toisella, kahvin erottaminen vedestä vie enemmän kuin kädet.

Menetelmät vaihtelevat järjestelmän monimutkaisuuden ja sen materiaalivaiheiden mukaan.

haihtuminen

Haihdutus koostuu liuoksen kuumennuksesta, kunnes liuotin haihtuu kokonaan, jolloin liuennut aine pysyy asettuneena. Siksi tätä menetelmää sovelletaan homogeenisiin nestemäisiin ja kiinteisiin järjestelmiin.

Esimerkiksi liuottaessa pigmenttiä vesisäiliöön, järjestelmä on aluksi heterogeeninen, koska pigmentin kiteet eivät ole vielä diffundoituneet koko tilavuuteen. Jonkin ajan kuluttua kaikki vesi muuttuu samanväriseksi, mikä osoittaa homogenisoitumista.

Lisätyn pigmentin talteenottamiseksi koko vesimäärää on lämmitettävä, kunnes se haihtuu. Siten H ₂ O- molekyylit lisäävät keskimääräistä kineettistä energiaa lämmön toimittaman energian ansiosta. Tämä johtaa siihen, että ne pakenevat kaasumaiseen faasiin jättäen pigmenttikiteet pohjaan (ja säiliön seiniin).

Sama tapahtuu merivedessä, josta sen suolat voidaan erottaa valkoisina kivinä kuumennettaessa.

Toisaalta, haihduttamalla käytetään myös poistamaan haihtuvien liuenneita aineita, kuten kaasumaisia molekyylejä (O ₂, CO ₂, N ₂, jne.). Liuosta kuumennettaessa kaasut alkavat kerätä kuplia, joiden paine nousee, jos ne ylittävät ulkoisen paineen, nesteen poistumisesta.

Rotaevaporation

Tämä menetelmä mahdollistaa orgaanisten liuottimien talteenoton vakuumilla. Se on erittäin hyödyllinen, etenkin uutettaessa öljyjä tai rasvoja orgaanisesta aineesta.

Tällä tavalla liuotin voidaan käyttää uudelleen tulevia uuttoja varten. Nämä kokeet ovat hyvin yleisiä tutkittaessa luonnollisia öljyjä, jotka on saatu mistä tahansa orgaanisesta aineesta (meri, siemenet, kukat, hedelmäkuoret jne.).

Tislaus

Tislaus mahdollistaa homogeenisen neste-neste-järjestelmän komponenttien erottamisen. Se perustuu kunkin komponentin kiehumispisteiden eroon (ΔT _eb); mitä suurempi ero, sitä helpompaa on erottaa ne.

Se vaatii jäähdytyskolonnia, joka edistää haihtuimman nesteen tiivistymistä, joka sitten virtaa keräyspalloon. Tislauksen tyyppi vaihtelee ΔT _eb -arvojen ja mukana olevien aineiden mukaan.

Tätä menetelmää käytetään laajasti homogeenisten seosten puhdistamisessa; kuten esimerkiksi kaasumaisen tuotteen talteenotto homogeenisesta reaktiosta. Sitä sovelletaan kuitenkin myös heterogeenisiin seoksiin, kuten tapahtuu raakaöljyn jalostusprosesseissa fossiilisten polttoaineiden ja muiden tuotteiden saamiseksi.

Nesteytyminen

Entä homogeeniset kaasumaiset järjestelmät? Ne koostuvat useammasta kuin yhdestä tyypistä kaasumaisia ​​molekyylejä tai atomeja, jotka eroavat toisistaan ​​molekyylirakenteessaan, massissaan ja atomisäteissään.

Siksi heillä on omat fysikaaliset ominaisuutensa ja ne käyttäytyvät eri tavoin paineen noustessa ja lämpötilan laskiessa.

Kun sekä T että P vaihtelevat, joillakin kaasuilla on taipumus olla vuorovaikutuksessa voimakkaammin kuin toisilla; riittävän voimalla tiivistyäkseen nestemäiseksi faasiksi. Jos toisaalta koko järjestelmä kondensoituu, käytetään kondenssikomponenttien tislausta.

Jos A ja B ovat kaasuja, ne kondensoituvat nesteyttämällä homogeeniseksi seokseksi, joka sitten tislataan. Tällä tavalla puhdas A ja B saadaan erilaisissa astioissa (kuten erillisessä nestemäisessä hapessa ja typessä).

esimerkit

Lisä esimerkkejä homogeenisista järjestelmistä on lueteltu alla.

Arjesta

-Valkoinen hammastahna.

- Etikka, samoin kuin kaupallinen alkoholi ja nestemäiset pesuaineet.

- Veriplasma.

-Ilma. Pilviä voidaan pitää myös homogeenisina järjestelminä, vaikka ne todella sisältävät vesipisaroita vesipisaroita.

-Alkoholijuomat ilman jäätä.

-Perfumes.

-Gelatiineja, maitoa ja hunajaa. Mikroskooppisesti ne ovat kuitenkin heterogeenisiä järjestelmiä, vaikka ne näyttäisivät yhden vaiheen paljaalla silmällä.

- Jokainen kiinteä esine, jolla on näkyvät yhdenmukaiset ominaisuudet, kuten väri, kirkkaus, mitat jne. Esimerkiksi symmetriset ja metalliset hugot tai monipuoliset mineraalin tai suolan lohkot. Peilit kuuluvat myös tähän kohdealueeseen.

Kemikaalit

-Teräs ja metalliseokset. Sen metalliset atomit on järjestetty kiteiseen järjestelyyn, jossa metallisidos osallistuu. Jos atomien jakauma on tasainen, ilman metallin X tai Y atomien "kerroksia".

-Kaikki laboratoriossa tai sen ulkopuolella valmistetut liuokset.

- Puhtaat hiilivedyt (butaani, propaani, sykloheksaani, bentseeni jne.).

-Kaikki synteetit tai tuotot, joissa reagenssit tai raaka-aine ovat yhdessä vaiheessa.

Homogeeninen katalyysi

Joitakin reaktioita kiihdytetään lisäämällä homogeenisia katalyyttejä, jotka ovat aineita, jotka osallistuvat erittäin spesifisen mekanismin mukaisesti samassa vaiheessa reagensseja; ts. vesiliuoksissa suoritetuissa reaktioissa näiden katalyyttien on oltava liukoisia.

Yleensä homogeeninen katalyysi on erittäin selektiivistä, vaikkakaan ei kovin aktiivista tai stabiilia.

Viitteet

1. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (2018). Homogeeninen reaktio. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
2. Helmenstine, tohtori Anne Marie (24. syyskuuta 2018). Ero heterogeenisten ja homogeenisten seosten välillä. Palautettu osoitteesta: gondo.com
3. Chemicool. (2017). Määritelmä Homogeeninen. Palautettu osoitteesta: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Esimerkkejä homogeenisesta seoksesta. Palautettu osoitteesta: esimerkit.kohteellisuus.com
5. Tietää tiedettä. (SF). Kemia: homogeeniset ja heterogeeniset järjestelmät. Palautettu osoitteesta: saberdeciencias.com
6. Professori lisens. Naso C. (sf). Seokset ja liuokset.. Palautettu osoitteesta: cam.educaciondigital.net
7. Brazil R. (20. huhtikuuta 2018). Yhdistetään homogeeninen ja heterogeeninen katalyysi. Palautettu osoitteesta: chemistryworld.com