HOMOGENES SYSTEM: EIGENSCHAFTEN, KLASSIFIZIERUNG, METHODEN - CHEMIE - 2025

Ein homogenes System ist der Teil des Universums, der aus einer einzelnen Phase der Materie besteht. Es kann eine völlig gleichmäßige Phase sein oder aus einer geordneten und symmetrischen Mischung von Elementen bestehen, die bei homogenen chemischen Systemen Teilchen (Moleküle, Atome, Ionen usw.) sind.

Die Natur neigt durch unsichere oder bekannte Mechanismen dazu, einige Eigenschaften oder das gesamte System selbst zu homogenisieren. Auf der Erde gibt es ein Orchester des Gleichgewichts zwischen homogenen und heterogenen Systemen, das durch visuelle Erkundungen als solches betrachtet wird.

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Das heißt, in erster Linie qualifizieren die Augen, ob ein System (irgendein Objekt oder Raum) homogen ist oder nicht. Wenn es oberflächlich ist, besteht der nächste Schritt darin, sich zu fragen, wie seine Zusammensetzung ist und wie seine Elemente angeordnet sind. In diesem Sinne kann (mit einiger Sicherheit) bestätigt werden, ob das System Homogenität in seinen Eigenschaften aufweist oder nicht.

Im obigen Bild sehen Sie beispielsweise eine Kaffeetasse, einen Teller und eine Zuckerverpackung mit einem glücklichen Gesicht. Wenn diese drei Elemente für eine Studie berücksichtigt würden, wäre das System heterogen, aber wenn nur der schwarze Kaffee in der Tasse untersucht würde, würden wir in diesem Fall von einem homogenen System sprechen.

Warum? Denn schwarzer Kaffee sieht auf den ersten Blick glatt aus und man könnte meinen, dass dies auch im Innenraum der Fall ist. Wenn Zucker ohne Rühren zugegeben würde, würde er sich am Boden des Bechers absetzen und das anfängliche homogene System würde heterogen werden.

Wenn der Kaffee jedoch gerührt würde, bis sich der Zucker vollständig aufgelöst hätte, würde seine Homogenität zurückkehren, obwohl er mit der neuen organoleptischen Eigenschaft jetzt süßer als zuvor ist. Um homogen zu sein, muss jeder Tropfen Kaffee, der aus einer Ecke der Tasse extrahiert wird, genau gleich schmecken.

Andererseits kann eine Tasse schwarzen Kaffee mit einer Tasse mit sprudelnder Oberfläche verglichen werden. Das zweite wäre weniger homogen als das erste, da es keine gleichmäßige Verteilung seiner Blasen aufweist. Wenn die beiden Kaffees jedoch gleich schmecken und keine Zuckerkristalle (wichtigste Variablen) aufweisen, sind beide gleich homogen.

Kaffee mit Schlagsahne oder mit künstlerischen Zeichnungen auf der Oberfläche kann von heterogenen Systemen aufgenommen werden (auch wenn die Mischung in Bezug auf Kaffee homogen ist).

Eigenschaften eines homogenen Systems

Welche Eigenschaften sollte ein homogenes System haben?

-Es muss eine einzige Materialphase haben (flüssig, fest oder gasförmig).

-Wenn es sich um eine Mischung handelt, müssen ihre Komponenten in der Lage sein, eine einzige gleichmäßige Phase zu bilden. Dies ist bei Kaffee und Zucker der Fall. Wenn sich am Boden des Glases oder der Tasse ungelöste Zuckerkristalle befinden, bilden sie eine zweite Phase.

- Seine intensiven Eigenschaften (Dichte, Viskosität, Molvolumen, Siedepunkt usw.) müssen an allen Stellen im System gleich sein. Dies gilt auch für die organoleptischen Eigenschaften (Geschmack, Farbe, Geruch usw.). Somit ist ein Baiser mit einem einzigen Geschmack ein homogenes System, solange es kein anderes Element enthält (wie z. B. gehackte Früchte).

-Die Komponenten Ihrer Mischungen sind homogen und symmetrisch im Raum angeordnet.

Das Schachbrett und die Subjektivität

Die letztere Funktion kann Verwirrung und widersprüchliche Ansichten auslösen.

Das Schachbrett (ohne die Figuren) zum Beispiel stellt einen Punkt dar, an dem unterschiedliche Meinungen darüber entstehen. Ist es homogen oder heterogen? Und wenn sich die schwarzen und weißen Quadrate in Reihen abwechseln (ein weißes, ein schwarzes usw.), wie würde die Reaktion in diesem Szenario aussehen?

Da die Kästchen farblich voneinander unterschieden werden, ist dies die Hauptvariable. Es gibt einen spürbaren Unterschied zwischen Weiß und Schwarz, der sich auf der gesamten Platine abwechselt.

Jede Farbe stellt eine Komponente dar, und die Mischung ist homogen, wenn ihre physikalische Anordnung so ausgerichtet ist, dass die Unterschiede in ihren Eigenschaften minimiert werden. Daher sollten die Farben so gleichmäßig und symmetrisch wie möglich angeordnet sein.

Aus dieser Überlegung heraus ist das Schachbrett homogen, denn obwohl es in Bezug auf seine Farben heterogen ist, wechselt sich sein Unterschied gleichmäßig ab. Während die Farben in Zeilen angezeigt werden, sind die „Schwarz-Weiß-Phasen“ erkennbar, was gleichbedeutend wäre mit zwei Phasen und dem Eintritt in die Definition eines heterogenen Systems.

Einstufung

Homogene Systeme können viele Klassifikationen aufweisen, die davon abhängen, zu welchem ​​Wissenszweig sie gehören. In der Chemie reicht es nicht aus, ein System oberflächlich zu beobachten, sondern herauszufinden, aus welchen Partikeln es besteht und was sie darin tun.

Lösungen

Ungesättigte Lösungen sind homogene Gemische oder Systeme, die nicht nur in der Chemie, sondern auch im Alltag vorhanden sind. Das Meer und die Ozeane sind gigantische Massen von ungesättigtem Salzwasser. Lösungsmittelmoleküle, normalerweise in flüssiger Phase, umgeben gelöste Moleküle und verhindern, dass sie sich zu einem Feststoff oder einer Blase aggregieren.

Fast alle Lösungen fallen in diese Klassifizierung. Unreine Alkohole, Säuren, Basen, eine Mischung aus organischen Lösungsmitteln, Indikatorlösungen oder Übergangsmetallreagenzien; Alle in Volumenballons oder Glas- oder Kunststoffbehältern enthaltenen Behälter werden als homogene Systeme eingestuft.

Angesichts der geringeren Bildung einer zweiten Phase in einer dieser Lösungen ist das System nicht mehr homogen.

Reine Substanzen

Der Ausdruck "unreine Alkohole" wurde oben geschrieben und bezieht sich auf die Tatsache, dass sie normalerweise mit Wasser gemischt werden. Reine Alkohole sowie jede andere flüssige Verbindung sind jedoch homogene Systeme. Dies gilt nicht nur für Flüssigkeiten, sondern auch für Feststoffe und Gase.

Warum? Denn wenn Sie nur einen Partikeltyp in einem System haben, sprechen Sie von hoher Homogenität. Sie sind alle gleich und die einzige Variation besteht in der Art und Weise, wie sie vibrieren oder sich bewegen. In Bezug auf seine physikalischen oder chemischen Eigenschaften gibt es jedoch keinen Unterschied in irgendeinem Teil des Systems.

Dies bedeutet, dass ein Würfel aus reinem Eisen ein homogenes System ist, da er nur Eisenatome enthält. Wenn ein Fragment von einem seiner Eckpunkte gerissen und seine Eigenschaften bestimmt würden, würden die gleichen Ergebnisse erhalten; das heißt, die Homogenität seiner Eigenschaften ist erfüllt.

Wenn es unrein wäre, würden seine Eigenschaften innerhalb eines Wertebereichs schwanken. Dies ist die Wirkung von Verunreinigungen auf Eisen und andere Substanzen oder Verbindungen.

Wenn der Eisenwürfel andererseits verrostete Teile (rot) und metallische Teile (grau) aufweist, handelt es sich um ein heterogenes System.

Homogene Reaktionen

Homogene Reaktionen sind vielleicht die wichtigsten homogenen chemischen Systeme. In ihnen befinden sich alle Reaktanten in derselben Phase, insbesondere die flüssige oder die gasförmige Phase. Sie zeichnen sich durch stärkeren Kontakt und molekulare Kollisionen zwischen den Reaktanten aus.

Da es nur eine Phase gibt, bewegen sich die Partikel mit größerer Freiheit und Geschwindigkeit. Einerseits ist dies ein großer Vorteil; Andererseits können sich unerwünschte Produkte bilden oder einige Reagenzien bewegen sich so schnell, dass sie nicht effizient kollidieren.

Die Reaktion heißer Gase mit Sauerstoff zu Feuer ist ein emblematisches Beispiel für diese Art von Reaktion.

Jedes andere System, an dem Reaktanten mit unterschiedlichen Phasen beteiligt sind, wie beispielsweise die Oxidation von Metallen, wird als heterogene Reaktion angesehen.

Fraktionierungsmethoden

Grundsätzlich ist es aufgrund ihrer Gleichmäßigkeit nicht möglich, die Komponenten homogener Systeme durch mechanische Verfahren zu trennen; viel weniger, wenn es sich um eine reine Substanz oder Verbindung handelt, aus deren Fraktionierungen ihre Elementatome erhalten werden.

Zum Beispiel ist es einfacher (oder schneller), die Komponenten einer Pizza (heterogenes System) zu trennen als die eines Kaffees (homogenes System). Im ersten Fall reicht es aus, die Zutaten mit den Händen zu entfernen. Beim zweiten Mal sind mehr als nur Hände erforderlich, um den Kaffee vom Wasser zu trennen.

Die Methoden variieren je nach Komplexität des Systems und seiner Materialphasen.

Verdunstung

Das Verdampfen besteht aus dem Erhitzen einer Lösung, bis das Lösungsmittel vollständig verdampft ist und der gelöste Stoff absetzt. Daher wird dieses Verfahren auf homogene Flüssig-Fest-Systeme angewendet.

Wenn beispielsweise ein Pigment in einem Wasserbehälter gelöst wird, ist das System zunächst heterogen, da die Kristalle des Pigments noch nicht im gesamten Volumen diffundiert sind. Nach einer Weile nimmt das gesamte Wasser die gleiche Farbe an, was auf eine Homogenisierung hinweist.

Um das zugesetzte Pigment wiederzugewinnen, muss das gesamte Wasservolumen erhitzt werden, bis es verdunstet. Somit erhöhen H ₂ O- Moleküle ihre durchschnittliche kinetische Energie dank der durch Wärme gelieferten Energie. Dies führt dazu, dass sie in die Gasphase entweichen und Pigmentkristalle am Boden (und an den Wänden des Behälters) zurücklassen.

Gleiches gilt für Meerwasser, aus dem seine Salze beim Erhitzen als weiße Steine ​​gewonnen werden können.

Andererseits wird Verdampfung auch verwendet, um flüchtige gelöste Stoffe wie gasförmige Moleküle (O ₂ , CO ₂ , N ₂ usw.) zu entfernen . Wenn die Lösung erhitzt wird, beginnen sich die Gase zu Blasen zu sammeln, deren Druck, wenn er den Außendruck überschreitet, ansteigt, um aus der Flüssigkeit zu entweichen.

Rotaevaporation

Diese Methode ermöglicht es, organische Lösungsmittel durch Anlegen eines Vakuums wiederzugewinnen. Es ist sehr nützlich, insbesondere beim Extrahieren von Ölen oder Fetten aus organischen Stoffen.

Auf diese Weise kann das Lösungsmittel für zukünftige Extraktionen wiederverwendet werden. Diese Experimente sind sehr häufig bei der Untersuchung von natürlichen Ölen, die aus organischen Stoffen (Merey, Samen, Blumen, Fruchtschalen usw.) gewonnen werden.

Destillation

Die Destillation ermöglicht die Trennung von Komponenten eines homogenen Flüssig-Flüssig-Systems. Sie basiert auf der Differenz der Siedepunkte jeder Komponente (ΔT _eb ); Je größer der Unterschied, desto einfacher ist es, sie zu trennen.

Es erfordert eine Kühlsäule, die die Kondensation der flüchtigsten Flüssigkeit fördert, die dann in einen Sammelballon fließt. Die Art der Destillation variiert in Abhängigkeit von den Werten von ΔT _eb und den beteiligten Substanzen.

Diese Methode wird häufig bei der Reinigung homogener Gemische eingesetzt. wie zum Beispiel das Gewinnen eines gasförmigen Produkts aus einer homogenen Reaktion. Es findet jedoch auch Anwendung für heterogene Gemische, wie sie bei der Raffination von Rohöl zur Gewinnung fossiler Brennstoffe und anderer Produkte auftreten.

Verflüssigung

Und was ist mit homogenen Gassystemen? Sie bestehen aus mehr als einer Art gasförmiger Moleküle oder Atome, die sich in ihren Molekülstrukturen, Massen und Atomradien unterscheiden.

Sie haben daher ihre eigenen physikalischen Eigenschaften und verhalten sich angesichts eines Druckanstiegs und eines Temperaturabfalls unterschiedlich.

Wenn sowohl T als auch P variieren, neigen einige Gase dazu, stärker zu interagieren als andere; mit genügend Kraft, um zu einer flüssigen Phase zu kondensieren. Wenn andererseits das gesamte System kondensiert, wird eine Destillation der Kondensatkomponenten verwendet.

Wenn A und B Gase sind, kondensieren sie durch Verflüssigung zu einem homogenen Gemisch, das dann einer Destillation unterzogen wird. Auf diese Weise werden reines A und B in verschiedenen Gefäßen erhalten (z. B. getrennter flüssiger Sauerstoff und Stickstoff).

Beispiele

Zusätzliche Beispiele für homogene Systeme sind unten aufgeführt.

Vom täglichen Leben

-Weiße Zahnpasta.

-Vinegar sowie handelsübliche Alkohol- und Flüssigwaschmittel.

-Das Blutplasma.

-Die Luft. Wolken können auch als homogene Systeme betrachtet werden, obwohl sie tatsächlich Mikrotröpfchen Wasser enthalten.

-Alkoholische Getränke ohne Eis.

-Perfumes.

-Gelatine, Milch und Honig. Mikroskopisch gesehen handelt es sich jedoch um heterogene Systeme, obwohl sie mit bloßem Auge eine einzige Phase zeigen.

-Jedes feste Objekt mit sichtbaren einheitlichen Eigenschaften wie Farbe, Helligkeit, Abmessungen usw. Zum Beispiel symmetrische und metallische Nuggets oder facettierte Blöcke eines Minerals oder Salzes. Spiegel fallen ebenfalls in diesen Bereich von Objekten.

Chemikalien

-Steel und Metalllegierungen. Seine Metallatome sind in einer kristallinen Anordnung angeordnet, an der die Metallbindung beteiligt ist. Wenn die Verteilung der Atome gleichmäßig ist, ohne "Schichten" von Atomen eines Metalls X oder Y.

-Alle Lösungen innerhalb oder außerhalb des Labors hergestellt.

- Reine Kohlenwasserstoffe (Butan, Propan, Cyclohexan, Benzol usw.).

-Alle Synthesen oder Produktionen, bei denen sich die Reagenzien oder das Rohmaterial in einer einzigen Phase befinden.

Homogene Katalyse

Einige Reaktionen werden durch Zugabe homogener Katalysatoren beschleunigt, bei denen es sich um Substanzen handelt, die nach einem sehr spezifischen Mechanismus in derselben Phase der Reaktanten beteiligt sind. das heißt, bei Reaktionen, die in wässrigen Lösungen durchgeführt werden, müssen diese Katalysatoren löslich sein.

Im Allgemeinen ist die homogene Katalyse sehr selektiv, wenn auch nicht sehr aktiv oder stabil.

Verweise

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