HOMOGEEN SYSTEEM: KENMERKEN, CLASSIFICATIE, METHODEN - CHEMIE - 2025

Een homogeen systeem is dat deel van het universum dat bestaat uit een enkele fase van materie. Het kan een volledig uniforme fase zijn, of het kan bestaan ​​uit een geordend en symmetrisch mengsel van elementen, die in het geval van homogene chemische systemen deeltjes zijn (moleculen, atomen, ionen, enz.).

De natuur heeft de neiging om, via onzekere of bekende mechanismen, een eigenschap of het hele systeem zelf te homogeniseren. Op aarde is er een orkest van evenwicht tussen homogene en heterogene systemen, als zodanig beschouwd door visuele verkenningen.

Bron: Maxpixel

Dat wil zeggen, in eerste instantie bepalen de ogen of een systeem (elk object of ruimte) homogeen is of niet. Als het oppervlakkig is, is de volgende stap om jezelf af te vragen hoe de samenstelling ervan is en op welke manier de elementen zijn gerangschikt. Met dit in gedachten kan worden bevestigd of niet (met enige zekerheid) of het systeem homogeniteit vertoont in zijn eigenschappen.

Zo heb je in bovenstaande afbeelding de afbeelding van een koffiekopje, een bord en een suikerpapiertje met een blij gezicht. Als deze drie elementen in aanmerking zouden worden genomen voor een studie, dan zou het systeem heterogeen zijn, maar als alleen de zwarte koffie in de beker zou worden bestudeerd, zouden we in dit geval spreken van een homogeen systeem.

Waarom? Omdat zwarte koffie er op het eerste gezicht glad uitziet en je zou denken dat het interieur dat ook is. Als suiker zonder roeren zou worden toegevoegd, zou het naar de bodem van de beker zakken en zou het aanvankelijke homogene systeem heterogeen worden.

Als de koffie echter werd geroerd totdat de suiker volledig was opgelost, zou zijn homogeniteit terugkeren, zij het met de nieuwe organoleptische eigenschap dat hij nu zoeter is dan voorheen. Om homogeen te zijn, moet elke druppel koffie die uit een hoek van het kopje wordt gehaald, precies hetzelfde smaken.

Aan de andere kant kan een kopje zwarte koffie worden vergeleken met een kopje met een bruisend oppervlak. De tweede zou minder homogeen zijn dan de eerste, aangezien hij geen uniforme verdeling van zijn bellen vertoont. Maar als de twee koffiesoorten hetzelfde smaken en geen suikerkristallen hebben (belangrijkste variabelen), dan zijn ze allebei even homogeen.

Koffiesoorten met slagroom, of met artistieke tekeningen op hun oppervlak, kunnen door heterogene systemen worden ingenomen (zelfs als het mengsel homogeen is met betrekking tot koffie).

Kenmerken van een homogeen systeem

Welke kenmerken moet een homogeen systeem hebben?

-Het moet een enkele materiaalfase hebben (vloeibaar, vast of gas).

-Als het een mengsel is, moeten de componenten ervan een enkele uniforme fase kunnen vormen. Dit is het geval met koffie en suiker. Als er onopgeloste suikerkristallen op de bodem van het glas of kopje zitten, vormen ze een tweede fase.

-De intensieve eigenschappen (dichtheid, viscositeit, molair volume, kookpunt, etc.) moeten op alle punten in het systeem hetzelfde zijn. Dit geldt ook voor de organoleptische eigenschappen (smaak, kleur, geur etc.). Een meringue met enkele smaak is dus een homogeen systeem, zolang het geen ander element bevat (zoals gehakt fruit).

-De componenten van uw mengsels zijn homogeen en symmetrisch in de ruimte gerangschikt.

Het schaakbord en subjectiviteit

De laatste functie kan verwarring en tegenstrijdige opvattingen veroorzaken.

Het schaakbord (zonder de stukken) staat bijvoorbeeld voor een punt waarop er verschillende meningen over ontstaan. Is het homogeen of heterogeen? En als de zwarte en witte vierkanten elkaar afwisselen in rijen (een witte, een zwarte, enzovoort), wat zou dan het antwoord zijn in dat scenario?

Omdat de dozen op kleur van elkaar onderscheiden zijn, is dit de belangrijkste variabele. Er is een merkbaar verschil tussen wit en zwart, dat op het hele bord afwisselend is.

Elke kleur vertegenwoordigt een component en het mengsel is homogeen als hun fysieke opstelling zo is georiënteerd dat de verschillen in hun eigenschappen tot een minimum worden beperkt. Daarom moeten de kleuren zo gelijkmatig en symmetrisch mogelijk worden gerangschikt.

Vanuit deze redenering is het schaakbord homogeen, want ondanks dat het heterogeen is wat betreft de kleuren, wisselt hun verschil gelijkmatig af. Terwijl de kleuren in rijen worden weergegeven, zijn de "zwart-witfasen" duidelijk, wat gelijk zou staan ​​aan het hebben van twee fasen en het invoeren van de definitie van een heterogeen systeem.

Classificatie

Homogene systemen kunnen vele classificaties hebben, afhankelijk van de tak van kennis waartoe ze behoren. In de chemie is het niet voldoende om een ​​systeem oppervlakkig te observeren, maar om erachter te komen uit welke deeltjes het bestaat en wat ze erin doen.

Oplossingen

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

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

Geconfronteerd met minder vorming van een tweede fase in al deze oplossingen, is het systeem niet langer homogeen.

Pure substanties

De uitdrukking "onzuivere alcoholen" werd hierboven geschreven, verwijzend naar het feit dat ze meestal met water worden gemengd. Pure alcoholen, evenals elke andere vloeibare verbinding, zijn echter homogene systemen. Dit geldt niet alleen voor vloeistoffen, maar ook voor vaste stoffen en gassen.

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

Dit betekent dat een kubus puur ijzer een homogeen systeem is omdat het alleen ijzeratomen heeft. Als een fragment uit een van zijn hoekpunten zou worden gescheurd en zijn eigenschappen zouden worden bepaald, zouden dezelfde resultaten worden verkregen; dat wil zeggen, de homogeniteit van zijn eigenschappen is vervuld.

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

Als de ijzeren kubus daarentegen verroeste delen (rood) en metalen delen (grijsachtig) heeft, dan is het een heterogeen systeem.

Homogene reacties

Homogene reacties zijn misschien wel de belangrijkste homogene chemische systemen. Daarin bevinden alle reactanten zich in dezelfde fase, vooral de vloeibare of gasvormige fase. 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 snelheden. Enerzijds is dit een groot voordeel; Maar aan de andere kant kunnen er ongewenste producten ontstaan ​​of bewegen sommige reagentia zo snel dat ze niet efficiënt botsen.

De reactie van hete gassen met zuurstof om vuur te creëren is een symbolisch voorbeeld van dit type reactie.

Elk ander systeem waaraan reactanten met verschillende fasen deelnemen, zoals de oxidatie van metalen, wordt als een heterogene reactie beschouwd.

Fractioneringsmethoden

Gezien hun uniformiteit is het in principe niet mogelijk om de componenten van homogene systemen mechanisch te scheiden; laat staan ​​als het een zuivere stof of verbinding is, waarvan de fractioneringen zijn elementaire atomen worden verkregen.

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

De methoden variëren afhankelijk van de complexiteit van het systeem en de materiële fasen.

Verdamping

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

Wanneer bijvoorbeeld een pigment in een bak met water wordt opgelost, is het systeem aanvankelijk heterogeen, aangezien de kristallen van het pigment nog niet door het volume zijn gediffundeerd. Na een tijdje krijgt al het water dezelfde kleur, wat duidt op homogenisering.

Om het toegevoegde pigment terug te winnen, moet het volledige volume water worden verwarmd tot het verdampt. H ₂ O- moleculen verhogen dus hun gemiddelde kinetische energie dankzij de energie die wordt geleverd door warmte. Dit leidt ertoe dat ze in de gasfase ontsnappen, waardoor er pigmentkristallen op de bodem (en op de wanden van de container) achterblijven.

Hetzelfde gebeurt met zeewater, waaruit de zouten bij verhitting als witte stenen kunnen worden gewonnen.

Aan de andere kant wordt verdamping ook gebruikt om vluchtige opgeloste stoffen zoals gasvormige moleculen (O ₂ , CO ₂ , N ₂ , enz.) Te verwijderen. Wanneer de oplossing wordt verwarmd, beginnen de gassen zich te verzamelen om bellen te vormen, waarvan de druk, als deze de externe druk overschrijdt, zal stijgen om aan de vloeistof te ontsnappen.

Rota-verdamping

Deze methode maakt het mogelijk om organische oplosmiddelen terug te winnen door een vacuüm toe te passen. 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 die zijn verkregen uit elk organisch materiaal (alleen zaden, bloemen, fruitschalen, enz.).

Distillatie

Door destillatie kunnen componenten van een homogeen vloeistof-vloeistofsysteem worden gescheiden. Het is gebaseerd op het verschil in kookpunten van elke component (ΔT _eb ); hoe groter het verschil, hoe gemakkelijker het zal zijn om ze te scheiden.

Het vereist een koelkolom die de condensatie van de meest vluchtige vloeistof bevordert, die vervolgens in een verzamelballon stroomt. Het type distillatie varieert afhankelijk van de waarden van ΔT _eb en de betrokken stoffen.

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

Vloeibaar maken

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

Daarom hebben ze hun eigen fysische eigenschappen en gedragen ze zich anders bij een toename van de druk en een afname van de temperatuur.

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

Als A en B gassen zijn, condenseren ze door liquefactie tot een homogeen mengsel, dat vervolgens wordt gedestilleerd. Op deze manier wordt pure A en B verkregen in verschillende vaten (zoals gescheiden vloeibare zuurstof en stikstof).

Voorbeelden

Aanvullende voorbeelden van homogene systemen worden hieronder vermeld.

Van het dagelijkse leven

-Witte tandpasta.

-Azijn, evenals commerciële alcohol en vloeibare wasmiddelen.

-Het bloedplasma.

-De lucht. Wolken kunnen ook als homogene systemen worden beschouwd, hoewel ze eigenlijk microdruppeltjes water bevatten.

-Alcoholische dranken zonder ijs.

-Parfum.

-Gelatine, melk en honing. Microscopisch zijn het echter heterogene systemen, ondanks dat ze met het blote oog een enkele fase vertonen.

-Elk solide object met zichtbare uniforme kenmerken, zoals kleur, helderheid, afmetingen, enz. Bijvoorbeeld symmetrische en metaalachtige klompjes, of gefacetteerde blokken van een mineraal of zout. Spiegels vallen ook binnen dit bereik van objecten.

Chemicaliën

-Staal en metaallegeringen. De metaalatomen zijn gerangschikt in een kristallijne opstelling waar de metaalbinding deel van uitmaakt. Als de verdeling van de atomen uniform is, zonder "lagen" van atomen van een metaal X of Y.

-Alle oplossingen bereid binnen of buiten het laboratorium.

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

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

Homogene katalyse

Sommige reacties worden versneld door homogene katalysatoren toe te voegen, dit zijn stoffen die volgens een heel specifiek mechanisme deelnemen aan dezelfde fase van de reactanten; dat wil zeggen dat bij reacties die worden uitgevoerd in waterige oplossingen, deze katalysatoren oplosbaar moeten zijn.

Over het algemeen is homogene katalyse erg selectief, hoewel niet erg actief of stabiel.

Referenties

1. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (2018). Homogene reactie. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 september 2018). Het verschil tussen heterogene en homogene mengsels. Hersteld van: thoughtco.com
3. Chemicool. (2017). Definitie van homogeen. Hersteld van: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Voorbeelden van homogeen mengsel. Hersteld van: example.yourdictionary.com
5. Weet van Sciences. (sf). Chemie: homogene en heterogene systemen. Hersteld van: saberdeciencias.com
6. Prof. Lic. Naso C. (sf). Mengsels en oplossingen. . Hersteld van: cam.educaciondigital.net
7. Brazilië R. (20 april 2018). Een combinatie van homogene en heterogene katalyse. Hersteld van: chemistryworld.com