ОДНОРІДНА СИСТЕМА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, КЛАСИФІКАЦІЯ, МЕТОДИ - ХІМІЯ - 2025

Однорідна система є тією частиною всесвіту , яка складається з однієї фази матерії. Це може бути абсолютно рівномірна фаза, або складатися з упорядкованої та симетричної суміші елементів, які у випадку однорідних хімічних систем є частинками (молекулами, атомами, іонами тощо).

Природа має тенденцію за допомогою невизначених чи відомих механізмів гомогенізувати якусь властивість чи всю систему. На Землі існує оркестр рівноваги між однорідними та неоднорідними системами, розглянутий як такий візуальними дослідженнями.

Джерело: Maxpixel

Тобто, в першу чергу, очі визначають, є система (будь-який об'єкт чи простір) однорідною чи ні. Якщо це поверхово, наступним кроком буде запитати себе, як виглядає його композиція та яким чином розташовані її елементи. Зважаючи на це, можна стверджувати чи ні (з певною визначеністю), якщо система представляє однорідність у своїх властивостях.

Наприклад, на зображенні вище у вас є чашка кави, тарілка і цукрова оболонка із щасливим обличчям. Якби ці три елементи розглядалися для дослідження, то система була б неоднорідною, але якби вивчалася лише чорна кава всередині чашки, ми б говорили про гомогенну систему.

Чому? Тому що, на перший погляд, чорна кава виглядає гладкою, і ви можете подумати, що такий інтер’єр. Якщо цукор додавали без перемішування, він осідає на дні чашки і, початкова гомогенна система, стане гетерогенною.

Однак якби каву перемішували до повного розчинення цукру, його однорідність повернеться, хоча з новою органолептичною властивістю, що вона тепер солодша, ніж раніше. Щоб бути однорідною, кожна крапля кави, витягнута з будь-якого куточка чашки, повинна мати смак абсолютно однаково.

З іншого боку, чашку чорної кави можна порівняти з тією, що має бульбашкову поверхню. Друга була б менш однорідною, ніж перша, оскільки не має рівномірного розподілу своїх бульбашок. Але якщо дві кави мають однаковий смак і не вистачає кристалів цукру (найважливіших змінних), то вони обидва однаково однорідні.

Кава зі збитими вершками або з художніми малюнками на їх поверхні можуть прийматися неоднорідними системами (навіть якщо суміш є однорідною щодо кави).

Характеристика однорідної системи

Якими характеристиками повинна володіти однорідна система?

-У ньому повинна бути одна матеріальна фаза (рідка, тверда або газова).

-Коли це суміш, її компоненти повинні бути здатні утворювати єдину однорідну фазу. Це справа з кавою та цукром. Якщо на дні склянки або склянки є нерозчинені кристали цукру, вони становлять другу фазу.

-Інтенсивні властивості (щільність, в'язкість, молярний об'єм, температура кипіння тощо) повинні бути однаковими у всіх точках системи. Це стосується і органолептичних властивостей (смак, колір, запах тощо). Таким чином, один ароматний безе - це однорідна система до тих пір, поки в ньому немає іншого елемента (наприклад, нарізаних фруктів).

-Компоненти ваших сумішей розташовані в просторі однорідно і симетрично.

Шахова дошка та суб’єктивність

Остання особливість може викликати плутанину та суперечливі погляди.

Наприклад, шахова дошка (без фігур) являє собою точку, коли про неї виникають різні думки. Це однорідна чи неоднорідна? І якщо чорно-білі квадрати чергуватимуться рядками (один білий, один чорний тощо), який би був відповідь у тому сценарії?

Оскільки ящики відрізняються один від одного за кольором, це основна змінна. Існує помітна різниця між білим і чорним, що чергується по всій дошці.

Кожен колір являє собою компонент, і суміш є однорідною, якщо їх фізичне розташування орієнтоване таким чином, щоб мінімізувати відмінності в їх властивостях. Тому кольори повинні бути розташовані максимально рівномірно і симетрично.

З цього міркування шахова дошка є однорідною, оскільки, незважаючи на те, що вона є різнорідною щодо її кольорів, їх відмінність чергується рівномірно. Хоча з кольорами, що відображаються рядками, очевидні "чорно-білі фази", що було б еквівалентно наявності двох фаз і вступу до визначення гетерогенної системи.

Класифікація

Однорідні системи можуть мати багато класифікацій, які залежать від того, до якої галузі знань вони належать. У хімії недостатньо поверхово спостерігати за системою, а знайти, які частинки складають її і що вони в ній роблять.

Рішення

Ненасичені розчини - це однорідні суміші або системи, присутні не тільки в хімії, але і в повсякденному житті. Море та океани - це гігантські маси ненасиченої солоної води. Молекули розчинника, як правило, у рідкій фазі, оточують молекули розчинених речовин і не дають їм агрегуватися, утворюючи тверду речовину або міхур.

Майже всі рішення підпадають під цю класифікацію. Нечисті спирти, кислоти, основи, суміш органічних розчинників, індикаторних розчинів або реагентів перехідного металу; всі містяться в об’ємних кулях або скляній або пластиковій тарі класифікуються як однорідні системи.

Зіткнувшись з меншим утворенням другої фази в будь-якому з цих розчинів, система вже не є однорідною.

Чисті речовини

Фраза «нечисті спирти» була написана вище, маючи на увазі той факт, що вони зазвичай змішуються з водою. Однак чисті спирти, як і будь-яка інша рідка сполука, є однорідними системами. Це стосується не тільки рідин, а й твердих речовин та газів.

Чому? Тому що, коли у вас є лише один тип частинок в системі, ви говорите про високу однорідність. Вони всі однакові, і єдиний варіант полягає в тому, як вони вібрують або рухаються; але, щодо його фізичних чи хімічних властивостей, в жодній частині системи немає різниці.

Це означає, що куб чистого заліза є однорідною системою, оскільки в ньому є лише атоми заліза. Якби фрагмент був зірваний з будь-якої з його вершин, і були визначені його властивості, були б отримані ті самі результати; тобто однорідність його властивостей виконується.

Якби це було нечисто, його властивості коливатимуться в межах значень. Це вплив домішок як на залізо, так і на будь-яку іншу речовину або сполуку.

Якщо, з іншого боку, залізний куб має іржаві частини (червоні) та металеві частини (сіруваті), то це гетерогенна система.

Однорідні реакції

Гомогенні реакції є чи не найважливішими однорідними хімічними системами. В них усі реагенти знаходяться в одній фазі, особливо рідка або газоподібна фаза. Вони характеризуються більшими контактними та молекулярними зіткненнями між реагентами.

Оскільки існує лише одна фаза, частинки рухаються з більшою свободою і швидкістю. З одного боку, це велика користь; Але з іншого боку, небажані продукти можуть утворюватися або деякі реагенти рухаються так швидко, що вони не стикаються ефективно.

Реакція гарячих газів з киснем для створення вогню є емблематичним прикладом такого типу реакцій.

Будь-яка інша система, в якій беруть участь реагенти з різними фазами, наприклад, окислення металів, вважається неоднорідною реакцією.

Методи фракціонування

В принципі, враховуючи їх рівномірність, неможливо розділити компоненти однорідних систем механічними методами; набагато менше, якщо це чиста речовина або сполука, з фракцій яких отримані її елементарні атоми.

Наприклад, простіше (або швидше) відокремити компоненти піци (гетерогенна система), ніж компоненти кави (однорідна система). По-перше, достатньо руками вийняти інгредієнти; тоді як з другим, для відділення кави від води знадобиться більше, ніж на руки.

Методи змінюються залежно від складності системи та її матеріальних фаз.

Випаровування

Випаровування полягає в нагріванні розчину до повного випаровування розчинника, залишаючи розчинений розчин. Тому цей метод застосовується для однорідних рідко-твердих систем.

Наприклад, при розчиненні пігменту в ємності з водою система спочатку є неоднорідною, оскільки кристали пігменту ще не розсіялися по всьому об'єму. Через деякий час вся вода набуває одного кольору, що свідчить про гомогенізацію.

Щоб відновити доданий пігмент, весь об'єм води необхідно нагрівати до випаровування. Таким чином, молекули H ₂ O збільшують свою середню кінетичну енергію завдяки енергії, що подається теплом. Це призводить до того, що вони втечуть у газоподібну фазу, залишаючи пігментні кристали на дні (і на стінках ємності).

Те саме відбувається з морською водою, з якої її солі можуть витягуватися як білі камені при нагріванні.

З іншого боку, випаровування також використовується для видалення летких розчинних речовин, таких як газоподібні молекули (O ₂ , CO ₂ , N ₂ тощо). При нагріванні розчину гази починають збиратися, утворюючи бульбашки, тиск яких, якщо він перевищить зовнішній тиск, підніметься для виходу рідини.

Ротаевапорація

Цей спосіб дає можливість відновити органічні розчинники шляхом застосування вакууму. Це дуже корисно, особливо при витяганні олії чи жирів з органічних речовин.

Таким чином розчинник може бути використаний повторно для майбутніх екстракцій. Ці експерименти дуже поширені при вивченні природних олій, отриманих з будь-якої органічної речовини (просто, насіння, квіти, шкаралупи фруктів тощо).

Вигонка

Перегонка дозволяє відокремлювати компоненти однорідної системи рідина-рідина. Він заснований на різниці точок кипіння кожного компонента (ΔT _eb ); чим більша різниця, тим простіше буде їх розділити.

Для цього потрібна охолоджувальна колонка, яка сприяє конденсації найбільш летючої рідини, яка потім буде надходити в збірний балон. Тип перегонки змінюється залежно від значень ΔT _eb та речовин, що беруть участь.

Цей спосіб широко застосовується при очищенні однорідних сумішей; наприклад, наприклад, відновлення газоподібного продукту з однорідної реакції. Однак він також має застосування для гетерогенних сумішей, що відбувається в процесах рафінування сирої нафти для отримання викопного палива та інших продуктів.

Зрідження

А як бути з однорідними газоподібними системами? Вони складаються з більш ніж одного типу газоподібних молекул або атомів, які відрізняються за своїми молекулярними структурами, масами та атомними радіусами.

Тому вони мають свої фізичні властивості та поводяться по-різному в умовах підвищення тиску та зниження температури.

Коли і Т, і Р змінюються, деякі гази, як правило, взаємодіють сильніше, ніж інші; з достатньою силою для конденсації в рідку фазу. Якщо, з іншого боку, вся система конденсується, то використовується перегонка компонентів конденсату.

Якщо A і B є газами, то через зрідження вони конденсуються в однорідну суміш, яку потім піддають перегонці. Таким чином отримують чисті А і В в різних посудинах (наприклад, окремому рідкому кисні та азоті).

Приклади

Додаткові приклади однорідних систем наведені нижче.

Повсякденного життя

-Біла зубна паста.

-Оцет, а також комерційний спирт і рідкі миючі засоби.

-Плазма крові.

-Повітря. Хмари також можна вважати однорідними системами, хоча вони насправді містять мікро-крапельки води.

-Алкогольні напої без льоду.

-Парфуми.

-Гелатини, молоко та мед. Однак у мікроскопічному відношенні вони є неоднорідними системами, незважаючи на демонстрацію одиничної фази неозброєним оком.

-Кожен твердий предмет з видимими однаковими характеристиками, такими як колір, яскравість, розміри тощо. Наприклад, симетричні і металеві самородки, або грановані блоки мінералу або солі. Дзеркала також потрапляють до цього кола об’єктів.

Хімікати

-Сталі та металеві сплави. Її металеві атоми розташовані в кристалічному розташуванні, де бере участь металевий зв’язок. Якщо розподіл атомів рівномірний, без "шарів" атомів металу X або Y.

-Всі розчини, що готуються всередині або поза лабораторією.

-Чисті вуглеводні (бутан, пропан, циклогексан, бензол тощо).

-Всі синтези або виробництва, де реагенти або сировина знаходяться в одній фазі.

Однорідний каталіз

Деякі реакції прискорюються шляхом додавання однорідних каталізаторів, які є речовинами, які беруть участь за дуже специфічним механізмом в одній фазі реактивів; тобто в реакціях, що проводяться у водних розчинах, ці каталізатори повинні бути розчинними.

Взагалі гомогенний каталіз є дуже вибірковим, хоча і не дуже активним або стабільним.

Список літератури

1. Редактори Encyclopeedia Britannica. (2018). Однорідна реакція. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
2. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (24 вересня 2018 р.). Різниця між гетерогенними та однорідними сумішами. Відновлено з: thinkco.com
3. Хіміколь. (2017). Визначення однорідного. Відновлено з: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Приклади однорідної суміші. Відновлено з: example.yourdictionary.com
5. Знати наук. (sf). Хімія: однорідні та гетерогенні системи. Відновлено: saberdeciencias.com
6. Професор Ліц Насо С. (сф). Суміші та розчини . Відновлено з: cam.educaciondigital.net
7. Бразилія Р. (20 квітня 2018 р.). Поєднання однорідного та гетерогенного каталізу. Відновлено з: chemistryworld.com