UKŁAD JEDNORODNY: CHARAKTERYSTYKA, KLASYFIKACJA, METODY - CHEMIA - 2026

System jednorodny to ta część wszechświata, która składa się z jednej fazy materii. Może to być faza całkowicie jednorodna lub składać się z uporządkowanej i symetrycznej mieszaniny pierwiastków, którymi w przypadku jednorodnych układów chemicznych są cząsteczki (cząsteczki, atomy, jony itp.).

Natura dąży, poprzez niepewne lub dobrze znane mechanizmy, do ujednolicenia pewnych właściwości lub całego systemu. Na Ziemi istnieje orkiestra równowagi między systemami jednorodnymi i heterogenicznymi, uważanymi za takie w poszukiwaniach wizualnych.

Źródło: Maxpixel

Oznacza to, że w pierwszej kolejności oczy kwalifikują, czy system (dowolny obiekt lub przestrzeń) jest jednorodny, czy nie. Jeśli jest to powierzchowne, kolejnym krokiem jest zadanie sobie pytania, jaka jest jego kompozycja i jak ułożone są jej elementy. Mając to na uwadze, można potwierdzić lub nie (z pewną pewnością), czy system wykazuje jednorodność swoich właściwości.

Na przykład na powyższym obrazku masz obraz filiżanki kawy, talerza i opakowania cukru ze szczęśliwą twarzą. Gdyby wziąć pod uwagę te trzy elementy do badania, to system byłby niejednorodny, ale gdyby badać tylko czarną kawę w filiżance, w tym przypadku mówilibyśmy o systemie jednorodnym.

Czemu? Bo na pierwszy rzut oka czarna kawa wygląda gładko i można by pomyśleć, że takie jest wnętrze. Gdyby cukier został dodany bez mieszania, osiadłby na dnie kubka i początkowo jednorodny system stałby się niejednorodny.

Gdyby jednak kawa była mieszana do całkowitego rozpuszczenia cukru, powróciłaby jej jednorodność, chociaż dzięki nowej właściwości organoleptycznej jest teraz słodsza niż wcześniej. Aby była jednorodna, każda kropla kawy wyekstrahowana z dowolnego rogu filiżanki musi mieć dokładnie taki sam smak.

Z drugiej strony filiżankę czarnej kawy można porównać do tej z bąbelkową powierzchnią. Drugi byłby mniej jednorodny niż pierwszy, ponieważ nie zapewnia równomiernego rozmieszczenia swoich pęcherzyków. Ale jeśli dwie kawy smakują tak samo i brakuje im kryształków cukru (najważniejszych zmiennych), to obie są jednakowo jednorodne.

Kawy z bitą śmietaną lub z artystycznymi rysunkami na powierzchni mogą być przyjmowane przez systemy niejednorodne (nawet jeśli mieszanka jest jednorodna pod względem kawy).

Charakterystyka systemu jednorodnego

Jakie cechy powinien mieć jednorodny system?

-Musi mieć jedną fazę materiału (ciekłą, stałą lub gazową).

-Jeśli jest to mieszanina, jej składniki muszą być w stanie utworzyć jedną jednolitą fazę. Tak jest w przypadku kawy i cukru. Jeśli na dnie szklanki lub filiżanki znajdują się nierozpuszczone kryształki cukru, stanowią one drugą fazę.

-Jego intensywne właściwości (gęstość, lepkość, objętość molowa, temperatura wrzenia itp.) Muszą być takie same we wszystkich punktach układu. Dotyczy to również właściwości organoleptycznych (smak, kolor, zapach itp.). Zatem beza o pojedynczym smaku jest systemem jednorodnym, o ile nie zawiera innego elementu (np. Posiekanych owoców).

- Składniki twoich mieszanek są rozmieszczone w przestrzeni w sposób jednorodny i symetryczny.

Szachownica i podmiotowość

Ta ostatnia cecha może powodować zamieszanie i sprzeczne opinie.

Na przykład szachownica (bez figur) reprezentuje punkt, w którym pojawiają się na jej temat różne opinie. Czy jest jednorodny czy niejednorodny? A jeśli czarne i białe kwadraty naprzemiennie ustawią się w rzędach (jeden biały, jeden czarny itd.), Jaka byłaby odpowiedź w tym scenariuszu?

Ponieważ pudełka różnią się od siebie kolorem, jest to główna zmienna. Istnieje zauważalna różnica między bielą a czernią, która zmienia się na całej planszy.

Każdy kolor reprezentuje składnik, a mieszanka jest jednorodna, jeśli ich fizyczne rozmieszczenie jest zorientowane w taki sposób, aby zminimalizować różnice we właściwościach. Dlatego kolory powinny być ułożone możliwie równomiernie i symetrycznie.

Z tego rozumowania szachownica jest jednorodna, ponieważ pomimo niejednorodności kolorów, ich różnica zmienia się równomiernie. Podczas gdy kolory wyświetlane w rzędach, „fazy czarno-białe” są ewidentne, co byłoby równoznaczne z posiadaniem dwóch faz i wejściem w definicję niejednorodnego systemu.

Klasyfikacja

Systemy jednorodne mogą mieć wiele klasyfikacji, które zależą od gałęzi wiedzy, do której należą. W chemii nie wystarczy powierzchownie obserwować układ, ale dowiedzieć się, jakie cząsteczki go tworzą i co w nim robią.

Rozwiązania

Roztwory nienasycone to jednorodne mieszaniny lub układy obecne nie tylko w chemii, ale iw życiu codziennym. Morze i oceany to gigantyczne masy nienasyconej słonej wody. Cząsteczki rozpuszczalnika, zwykle w fazie ciekłej, otaczają cząsteczki substancji rozpuszczonej i zapobiegają ich agregacji do postaci ciała stałego lub pęcherzyka.

Prawie wszystkie rozwiązania mieszczą się w tej klasyfikacji. Zanieczyszczone alkohole, kwasy, zasady, mieszanina rozpuszczalników organicznych, roztwory wskaźnikowe lub odczynniki metali przejściowych; wszystkie zawarte w objętościowych balonach lub szklanych lub plastikowych pojemnikach są klasyfikowane jako systemy jednorodne.

W obliczu mniejszego tworzenia się drugiej fazy w którymkolwiek z tych rozwiązań system nie jest już jednorodny.

Czyste substancje

Sformułowanie „nieczyste alkohole” zostało napisane powyżej, odnosząc się do faktu, że są one zwykle mieszane z wodą. Jednak czyste alkohole, jak również wszelkie inne ciekłe związki, są układami jednorodnymi. Dotyczy to nie tylko cieczy, ale także ciał stałych i gazów.

Czemu? Ponieważ gdy masz tylko jeden typ cząstki w systemie, mówisz o wysokiej jednorodności. Wszystkie są takie same, a jedyną różnicą jest sposób, w jaki wibrują lub poruszają się; ale w odniesieniu do jego właściwości fizycznych lub chemicznych nie ma różnicy w żadnej części systemu.

Oznacza to, że sześcian czystego żelaza jest układem jednorodnym, ponieważ zawiera tylko atomy żelaza. Gdyby fragment został oderwany od któregokolwiek z jego wierzchołków i określono jego właściwości, otrzymano by te same wyniki; to znaczy, że jednorodność jego właściwości jest spełniona.

Gdyby był nieczysty, jego właściwości wahałyby się w pewnym zakresie wartości. Jest to wpływ zanieczyszczeń na żelazo i na każdą inną substancję lub związek.

Z drugiej strony, jeśli żelazny sześcian ma zardzewiałe części (czerwone) i metalowe (szarawe), to jest to układ niejednorodny.

Reakcje jednorodne

Reakcje jednorodne są prawdopodobnie najważniejszymi jednorodnymi układami chemicznymi. W nich wszystkie reagenty są w tej samej fazie, zwłaszcza w fazie ciekłej lub gazowej. Charakteryzują się większym kontaktem i zderzeniami molekularnymi pomiędzy reagentami.

Ponieważ jest tylko jedna faza, cząstki poruszają się z większą swobodą i prędkością. Z jednej strony jest to wielka korzyść; Ale z drugiej strony mogą powstawać niepożądane produkty lub niektóre odczynniki poruszają się tak szybko, że nie zderzają się skutecznie.

Reakcja gorących gazów z tlenem w celu wywołania ognia jest emblematycznym przykładem tego typu reakcji.

Każdy inny układ, w którym uczestniczą reagenty o różnych fazach, taki jak utlenianie metali, jest uważany za reakcję heterogeniczną.

Metody frakcjonowania

W zasadzie ze względu na ich jednorodność nie jest możliwe oddzielenie elementów jednorodnych układów metodami mechanicznymi; znacznie mniej, jeśli jest to czysta substancja lub związek, z którego frakcjonowania otrzymywane są pierwiastkowe atomy.

Na przykład łatwiej (lub szybciej) jest oddzielić składniki pizzy (układ niejednorodny) niż elementy kawy (układ jednorodny). W pierwszym wystarczy rękami usunąć składniki; podczas gdy w przypadku drugiego, oddzielenie kawy od wody zajmie więcej niż ręce.

Metody różnią się w zależności od złożoności systemu i jego materialnych faz.

Odparowanie

Odparowanie polega na ogrzewaniu roztworu do całkowitego odparowania rozpuszczalnika, pozostawiając substancję rozpuszczoną osadzoną. Dlatego metoda ta jest stosowana do jednorodnych układów ciecz-ciało stałe.

Na przykład, podczas rozpuszczania pigmentu w zbiorniku z wodą, układ jest początkowo niejednorodny, ponieważ kryształy pigmentu jeszcze nie rozproszyły się w całej objętości. Po chwili cała woda zmienia kolor na ten sam, co wskazuje na homogenizację.

Aby odzyskać dodany pigment, całą objętość wody należy podgrzać, aż odparuje. Tak więc cząsteczki H ₂ O zwiększają swoją średnią energię kinetyczną dzięki energii dostarczanej przez ciepło. Prowadzi to do ich ucieczki do fazy gazowej, pozostawiając kryształy pigmentu na dnie (i na ścianach pojemnika).

To samo dzieje się z wodą morską, z której po podgrzaniu można wydobywać jej sole w postaci białych kamieni.

Z drugiej strony parowanie jest również używane do usuwania lotnych substancji rozpuszczonych, takich jak cząsteczki gazowe (O ₂ , CO ₂ , N ₂ itp.). Po podgrzaniu roztworu gazy zaczynają się gromadzić, tworząc pęcherzyki, których ciśnienie, jeśli przekroczy ciśnienie zewnętrzne, wzrośnie, aby uciec z cieczy.

Rotaevaporation

Ta metoda umożliwia odzyskanie rozpuszczalników organicznych poprzez zastosowanie próżni. Jest bardzo przydatny, zwłaszcza podczas ekstrakcji olejów lub tłuszczów z materii organicznej.

W ten sposób rozpuszczalnik można ponownie wykorzystać do przyszłych ekstrakcji. Te eksperymenty są bardzo powszechne w badaniach naturalnych olejów otrzymywanych z dowolnej materii organicznej (merey, nasion, kwiatów, łupin owoców itp.).

Destylacja

Destylacja umożliwia oddzielenie składników jednorodnego układu ciecz-ciecz. Opiera się na różnicy temperatur wrzenia każdego składnika (ΔT _eb ); im większa różnica, tym łatwiej będzie je rozdzielić.

Wymaga kolumny chłodzącej, która sprzyja kondensacji najbardziej lotnej cieczy, która następnie wpłynie do balonu zbiorczego. Rodzaj destylacji różni się w zależności od wartości ΔT _eb i zastosowanych substancji.

Ta metoda jest szeroko stosowana podczas oczyszczania jednorodnych mieszanin; takie jak na przykład odzyskiwanie produktu gazowego z jednorodnej reakcji. Jednak ma również zastosowanie do mieszanin heterogenicznych, jak to ma miejsce w procesach rafinacji ropy naftowej w celu uzyskania paliw kopalnych i innych produktów.

Skraplanie

A co z jednorodnymi układami gazowymi? Składają się z więcej niż jednego rodzaju cząsteczek lub atomów gazowych, które różnią się strukturą cząsteczkową, masami i promieniami atomowymi.

Dlatego mają swoje własne właściwości fizyczne i zachowują się inaczej w obliczu wzrostu ciśnienia i spadku temperatury.

Kiedy zarówno T, jak i P są różne, niektóre gazy oddziałują silniej niż inne; z wystarczającą siłą, aby skondensować w fazie ciekłej. Jeśli natomiast skrapla się cały system, wówczas stosuje się destylację składników kondensatu.

Jeśli A i B są gazami, w wyniku skraplania kondensują się w jednorodną mieszaninę, która jest następnie poddawana destylacji. W ten sposób czyste A i B uzyskuje się w różnych naczyniach (np. Oddzielny ciekły tlen i azot).

Przykłady

Dodatkowe przykłady systemów jednorodnych są wymienione poniżej.

Życia codziennego

-Biała pasta do zębów.

-Vinegar, a także komercyjny alkohol i detergenty w płynie.

- Osocze krwi.

-Powietrze. Chmury można również uznać za systemy jednorodne, chociaż w rzeczywistości zawierają mikrokropelki wody.

-Napoje alkoholowe bez lodu.

-Perfumes.

-Żelatyny, mleko i miód. Jednak pod względem mikroskopowym są to układy heterogeniczne, mimo że gołym okiem widać jedną fazę.

-Dowolny obiekt stały o widocznych jednolitych właściwościach, takich jak kolor, jasność, wymiary itp. Na przykład symetryczne i metaliczne bryłki lub fasetowane bloki minerału lub soli. Lustra również mieszczą się w tym zakresie obiektów.

Chemikalia

-Stal i stopy metali. Jego atomy metalu są ułożone w sposób krystaliczny, w którym uczestniczy wiązanie metaliczne. Jeżeli rozkład atomów jest jednolity, bez „warstw” atomów metalu X lub Y.

-Wszystkie roztwory przygotowane w laboratorium lub poza nim.

-Czyste węglowodory (butan, propan, cykloheksan, benzen itp.).

-Wszystkie syntezy lub produkcje, w których odczynniki lub surowiec są w jednej fazie.

Kataliza homogeniczna

Niektóre reakcje są przyspieszane przez dodanie homogenicznych katalizatorów, czyli substancji uczestniczących zgodnie z bardzo specyficznym mechanizmem w tej samej fazie reagentów; to znaczy w reakcjach prowadzonych w roztworach wodnych katalizatory te muszą być rozpuszczalne.

Ogólnie homogeniczna kataliza jest bardzo selektywna, chociaż niezbyt aktywna ani stabilna.

Bibliografia

1. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (2018). Jednorodna reakcja. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 września 2018). Różnica między mieszaninami heterogenicznymi i jednorodnymi. Odzyskany z: thinkco.com
3. Chemicool. (2017). Definicja jednorodności. Źródło: chemicool.com
4. Zakład Logiki Stosowanej. (2018). Przykłady mieszanin jednorodnych. Odzyskane z: examples.yourdictionary.com
5. Znajomość nauk. (sf). Chemia: układy jednorodne i niejednorodne. Odzyskane z: saberdeciencias.com
6. Prof. Lic. Naso C. (sf). Mieszaniny i roztwory. . Odzyskany z: cam.educaciondigital.net
7. Brazil R. (20 kwietnia 2018). Połączenie katalizy homogenicznej i heterogenicznej. Źródło: chemistryworld.com