Karakteristiek homogeen systeem, classificatie, fractioneringsmethoden

een homogeen systeem het is dat deel van het universum dat is samengesteld uit een enkele fase van materie. Het kan een geheel uniforme fase of uit een ordelijke en symmetrische mengelementen, die in het geval van chemische homogene systemen behandelde deeltjes (moleculen, atomen, ionen, etc.).

De natuur neigt, via onzekere of welbekende mechanismen, om sommige eigenschappen of het hele systeem zelf te homogeniseren. Op Aarde is er een evenwichtsorkest tussen homogene en heterogene systemen, beschouwd als zodanig door middel van visuele verkenningen.

Dat wil zeggen, in eerste instantie komen de ogen in aanmerking als een systeem (een object of ruimte) homogeen is of niet. Als het oppervlakkig is, is de volgende stap om te vragen hoe de compositie is en hoe de elementen zijn gerangschikt. Met dit in gedachten kan het worden bevestigd of niet (met zekere zekerheid) als het systeem homogeniteit in zijn eigenschappen vertoont.

In de bovenstaande afbeelding ziet u bijvoorbeeld de afbeelding van een koffiekopje, een bord en een suikerpakking met een blij gezicht. Als je deze drie elementen voor een studie overweegt, dan zou het systeem heterogeen zijn, maar als je alleen de zwarte koffie in de beker studeert, zou je in dit geval spreken van een homogeen systeem.

Waarom? Omdat op het eerste gezicht zwarte koffie een uniform oppervlak lijkt en je denkt misschien dat het ook binnenin zit. Als de suiker zonder roeren zou worden toegevoegd, zou deze zich op de bodem van de beker neerslaan en zou het oorspronkelijke homogene systeem heterogeen worden.

Als de koffie echter werd geroerd totdat de suiker volledig was opgelost, zou de homogeniteit terugkeren, hoewel het met de nieuwe organoleptische eigenschap nu zoeter is dan eerst. Om homogeen te zijn, moet elke druppel koffie uit elke hoek van de beker precies hetzelfde weten.

Aan de andere kant kun je de kop zwarte koffie vergelijken met een kopje bubbelend oppervlak. De tweede zou minder homogeen zijn dan de eerste omdat deze geen uniforme verdeling van zijn bellen heeft. Maar als de twee koffies dezelfde smaak hebben, en ze missen suikerkristallen (belangrijker variabelen), dan zijn beide even homogeen.

De koffie met slagroom, of met artistieke tekeningen op het oppervlak, kan worden genomen door heterogene systemen (hoewel het mengsel homogeen is met betrekking tot koffie).

index

• 1 Kenmerken van een homogeen systeem
  • 1.1 Het schaakbord en de subjectiviteit
• 2 Classificatie
  • 2.1 Oplossingen
  • 2.2 Zuivere stoffen
  • 2.3 Homogene reacties
• 3 Fractioneringsmethoden
  • 3.1 Verdamping
  • 3.2 Distillatie
  • 3.3 Liquefactie
• 4 voorbeelden
  • 4.1 Van het dagelijks leven
  • 4.2 Chemicaliën
• 5 Referenties

Kenmerken van een homogeen systeem

Welke kenmerken moet een homogeen systeem hebben?? 

-Moet een enkele materiaalfase hebben (vloeistof, vaste stof of gas).

-Als het gaat om een ​​mengsel, moeten de componenten in staat zijn om een ​​enkele uniforme fase te vormen. Dit is het geval van koffie en suiker. Als er suikerkristallen in de bodem van de beker of beker zitten zonder op te lossen, vormen ze een tweede fase.

-Hun intensieve eigenschappen (dichtheid, viscositeit, molaire volume, kookpunt, enz.) Moeten op alle punten binnen het systeem gelijk zijn. Dit geldt ook voor de organoleptische eigenschappen (smaak, kleur, geur, etc.). Zo is een meringue van een enkele smaak een homogeen systeem zolang het geen ander element bevat (zoals gehakte vruchten).

-De componenten van hun mengsels worden in de ruimte op een homogene en symmetrische manier geordend.

Het schaakbord en de subjectiviteit

Het laatste kenmerk kan verwarringen en standpunten veroorzaken.

Het schaakbord (zonder de stukjes), bijvoorbeeld, vertegenwoordigt een punt waar er verschillende meningen over ontstaan. Is het homogeen of heterogeen? En als de zwart-witte vierkanten elkaar afwisselen in rijen (één wit, één zwart enzovoort), wat zou dan het antwoord zijn in dat scenario??

Omdat de vierkanten van elkaar verschillen in kleur, is dit de hoofdvariabele. Er is een merkbaar verschil tussen wit en zwart, dat over het hele bord wisselt.

Elke kleur vertegenwoordigt een component en het mengsel is homogeen als de fysieke opstelling ervan zodanig is georiënteerd dat de verschillen in zijn eigenschappen tot een minimum worden beperkt. Daarom moeten kleuren op de meest uniforme en symmetrische manier worden gerangschikt.

Uit deze redenering is het schaakbord homogeen, omdat het verschil, ondanks dat het heterogeen is ten opzichte van de kleuren, gelijkmatig wisselt. Terwijl de kleuren in rijen worden weergegeven, zijn de 'zwart-witte fasen' duidelijk, wat overeenkomt met twee fasen en de definitie van een heterogeen systeem invoert..

classificatie

Homogene systemen kunnen vele classificaties hebben, die afhankelijk zijn van tot welke tak van kennis zij behoren. In de chemie volstaat het niet om oppervlakkig een systeem waar te nemen, maar om te ontdekken welke deeltjes het goedmaken en wat ze erin doen.

oplossingen

Onverzadigde oplossingen zijn mengsels of homogene systemen die niet alleen in de chemie aanwezig zijn, maar ook in het dagelijks leven. De zee en de oceanen zijn gigantische massa's zout onverzadigd water. Oplosmiddelmoleculen, meestal in de vloeistoffase, omringen de opgeloste moleculen en voorkomen dat ze worden toegevoegd om een ​​vaste stof of een bel te vormen.

Bijna alle oplossingen vallen onder deze classificatie. Onzuivere alcoholen, zuren, basen, een mengsel van organische oplosmiddelen, indicatoroplossingen of reagentia van overgangsmetalen; allemaal in volumetrische ballonnen of in glazen of plastic containers, geclassificeerd als homogene systemen.

Gezien de lagere vorming van een tweede fase in een van deze oplossingen, is het systeem niet langer homogeen.

Zuivere stoffen

Hierboven werd de uitdrukking "onzuivere alcoholen" geschreven, wat betekent dat ze meestal met water worden gemengd. Puur alcoholen, evenals elke andere vloeibare verbinding, zijn echter homogene systemen. Dit geldt niet alleen voor vloeistoffen, maar ook voor vaste stoffen en gassen.

Waarom? Omdat als je slechts één type deeltje in een systeem hebt, je spreekt van een hoge homogeniteit. Ze zijn allemaal gelijk en de enige variatie zit in de manier waarop ze trillen of bewegen; maar, met betrekking tot zijn fysische of chemische eigenschappen, is er geen verschil in enig deel van het systeem.

Dit betekent dat een zuivere ijzeren kubus een homogeen systeem is omdat het alleen ijzeratomen bevat. Als een fragment van een van zijn hoekpunten zou worden verwijderd en de eigenschappen zouden worden bepaald, zouden dezelfde resultaten worden verkregen; dat wil zeggen dat aan de homogeniteit van zijn eigenschappen wordt voldaan.

Als het onzuiver is, zouden de eigenschappen ervan oscilleren binnen een bereik van waarden. Dit is het effect van onzuiverheden op ijzer en op elke andere stof of verbinding.

Als aan de andere kant de ijzeren kubus geoxideerde delen (rood) en metalen delen (grijsachtig) heeft, dan is het een heterogeen systeem.

Homogene reacties

De homogene reacties zijn misschien wel de belangrijkste homogene chemische systemen. Daarin bevinden alle reagentia zich in dezelfde fase, vooral de vloeistof of het gas. Ze worden gekenmerkt door meer contact en moleculaire botsingen tussen de reactanten.

Omdat er maar één fase is, bewegen de deeltjes met grotere vrijheid en snelheid. Aan de ene kant is dit een groot voordeel; maar aan de andere kant kunnen ongewenste producten worden gevormd of sommige reagentia bewegen zo snel dat ze niet efficiënt botsen.

De reactie van hete gassen met zuurstof om brand te veroorzaken is een emblematisch voorbeeld van dit soort reacties.

Elk ander systeem met reagentia met verschillende fasen, zoals optreedt bij de oxidatie van metalen, wordt als een heterogene reactie beschouwd.

Fractioneringsmethoden

In principe is het, gezien de uniformiteit ervan, niet mogelijk om de componenten van homogene systemen door mechanische methoden te scheiden; veel minder als het een zuivere stof of verbinding is, van wiens fractionering de elementaire atomen worden verkregen.

Het is bijvoorbeeld gemakkelijker (of sneller) om de componenten van een pizza (heterogeen systeem) te scheiden van die van een koffie (homogeen systeem). In de eerste is het voldoende om de handen te gebruiken om de ingrediënten te verwijderen; terwijl met de tweede, het meer dan handen zal kosten om de koffie van het water te scheiden.

De methoden variëren afhankelijk van de complexiteit van het systeem en de materiaalfasen ervan.

verdamping

Verdamping bestaat uit het verwarmen van een oplossing tot het oplosmiddel volledig verdampt, waardoor de opgeloste stof blijft zitten. Daarom wordt deze methode toegepast op homogene vloeistof-vaste stof systemen.

Wanneer bijvoorbeeld een pigment in een houder met water wordt opgelost, is het systeem aanvankelijk heterogeen, omdat de pigmentkristallen nog niet door het volume zijn verspreid. Na een tijdje krijgt al het water dezelfde kleur, wat wijst op een homogenisatie.

Om het toegevoegde pigment terug te winnen, moet het volledige volume water worden verwarmd totdat het verdampt. Dus H-moleculen₂Of ze verhogen hun gemiddelde kinetische energie dankzij de energie die wordt geleverd door de hitte. Dit leidt tot ontsnapping naar de gasfase en laat in de bodem (en op de wanden van de houder) pigmentkristallen achter.

Hetzelfde gebeurt met zeewater, waarvan de zouten bij verhitting als witte stenen kunnen worden geëxtraheerd.

Aan de andere kant wordt verdamping ook gebruikt om vluchtige opgeloste stoffen als gasvormige moleculen (O₂, CO₂, N₂, etc.). Wanneer de oplossing wordt verwarmd, beginnen de gassen zich te verzamelen om bellen te vormen, waarvan de druk, als deze de externe overschrijdt, zal stijgen om aan de vloeistof te ontsnappen.

rotatieverdamping

Deze methode maakt de terugwinning van organische oplosmiddelen door het toepassen van vacuüm mogelijk. Het is erg handig, vooral bij het extraheren van oliën of vetten uit organisch materiaal.

Op deze manier kan het oplosmiddel worden hergebruikt voor toekomstige extracties. Deze experimenten zijn heel gebruikelijk bij de studie van natuurlijke oliën verkregen uit organische stoffen (merey, zaden, bloemen, fruitschillen, etc.).

distillatie

De destillatie maakt het mogelijk om componenten van een vloeistof-vloeistof homogeen systeem te scheiden. Het is gebaseerd op het verschil van de kookpunten van elke component (ΔT_eb); Hoe groter het verschil, hoe gemakkelijker het zal zijn om ze van elkaar te scheiden.

Het vereist een koelkolom die de condensatie van de meest vluchtige vloeistof bevordert, die vervolgens in een verzamelballon zal stromen. Het type destillatie varieert afhankelijk van de waarden van ΔT_eb en de betrokken stoffen.

Deze methode wordt veel gebruikt bij het zuiveren van homogene mengsels; bijvoorbeeld het winnen van een gasvormig product uit een homogene reactie. Het heeft echter ook toepassing voor heterogene mengsels, zoals gebeurt in de raffinageprocessen van ruwe olie voor het verkrijgen van fossiele brandstoffen en andere producten.

vloeibaar maken

En hoe zit het met homogene gasvormige systemen? Ze zijn samengesteld uit meer dan één type moleculen of gasvormige atomen, die verschillen in hun moleculaire structuren, massa's en atomaire radii.

Daarom hebben ze hun eigen fysieke eigenschappen en gedragen ze zich anders in het gezicht van een toename van de druk en een daling van de temperatuur.

Wanneer zowel T als P variëren, hebben sommige gassen de neiging sterker samen te werken dan andere; met voldoende kracht om in een vloeibare fase te condenseren. Als daarentegen het hele systeem condenseert, wordt er gebruik gemaakt van de destillatie van de condensaatcomponenten.

Als A en B gassen zijn, condenseren ze door vloeibaarmaking in een homogeen mengsel, dat vervolgens wordt onderworpen aan destillatie. Op deze manier worden zuivere A en B verkregen in verschillende containers (zoals afzonderlijke vloeibare zuurstof en stikstof).

Voorbeelden

Andere aanvullende voorbeelden van homogene systemen worden hieronder vermeld.

Van het dagelijks leven

-Witte tandpasta.

-Azijn, evenals commerciële alcohol en vloeibare wasmiddelen.

-Bloedplasma.

-De lucht Wolken kunnen ook als homogene systemen worden beschouwd, hoewel ze echt micro-waterdruppeltjes bevatten.

-Alcoholische dranken zonder ijs.

-parfums.

-Gelatine, melk en honing. Echter, microscopisch gezien zijn het heterogene systemen, ondanks dat het met het blote oog een enkele fase vertoont.

-Elk vast object met uniforme zichtbare kenmerken, zoals kleur, helderheid, afmetingen, etc. Bijvoorbeeld symmetrische en metalen klompjes, of gefacetteerde blokken van een mineraal of zout. De spiegels vallen ook binnen dit bereik van objecten.

chemicaliën

-Staal en metaallegeringen. De metaalatomen zijn gerangschikt in een kristallijn arrangement waarbij de metaalbinding deelneemt. Als de verdeling van de atomen uniform is, zonder "lagen" van atomen van een metaal X of Y.

-Alle oplossingen binnen of buiten het laboratorium.

-Zuivere koolwaterstoffen (butaan, propaan, cyclohexaan, benzeen, enz.).

-Alle synthesen of producties waarbij de reagentia of het grondstof zich in een enkele fase bevinden.

Homogene katalyse

Sommige reacties worden versneld door de toevoeging van homogene katalysatoren, stoffen die deelnemen volgens een zeer specifiek mechanisme in dezelfde fase van de reactanten; dat wil zeggen, in reacties uitgevoerd in waterige oplossingen, moeten deze katalysatoren oplosbaar zijn.

Over het algemeen is homogene katalyse zeer selectief, hoewel niet erg actief en ook niet stabiel.

referenties

1. De redacteuren van Encyclopaedia Britannica. (2018). Homogene reactie. Encyclopædia Britannica. Teruggeplaatst van: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 september 2018). Het verschil tussen heterogene en homogene mengsels. Teruggeplaatst van: thoughtco.com
3. ChemiCool. (2017). Definitie van homogeen. Teruggeplaatst van: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Voorbeelden van homogeen mengsel. Teruggeplaatst van: examples.ydictionary.com
5. Kennis van wetenschappen. (N.D.). Chemie: homogene en heterogene systemen. Hersteld van: saberdeciencias.com
6. Prof. Lic. Naso C. (s.f.). Mengsels en oplossingen. [PDF]. Opgehaald van: cam.educaciondigital.net
7. Brazilië R. (20 april 2018). Combinatie van homogene en heterogene katalyse. Teruggeplaatst van: chemistryworld.com