Charakterystyczny układ jednorodny, klasyfikacja, metody frakcjonowania

A jednorodny system jest to ta część wszechświata, która składa się z pojedynczej fazy materii. Może być fazą całkowicie jednolitą lub składać się z uporządkowanej i symetrycznej mieszaniny elementów, które w przypadku jednorodnych układów chemicznych są cząstkami (cząsteczkami, atomami, jonami itp.).

Przyroda, poprzez niepewne lub dobrze znane mechanizmy, homogenizuje pewną własność lub cały system. Na Ziemi znajduje się orkiestra równowagi między jednorodnymi i heterogenicznymi systemami, uważana za taką za pomocą eksploracji wizualnych.

Oznacza to, że w pierwszej kolejności oczy kwalifikują się, jeśli system (dowolny obiekt lub przestrzeń) jest jednorodny lub nie. Jeśli jest powierzchowny, następnym krokiem jest pytanie, jak jest jego skład i jak układają się jego elementy. Mając to na uwadze, można to potwierdzić (z całą pewnością), jeśli system prezentuje jednorodność jego właściwości.

Na przykład na obrazku powyżej znajduje się obraz filiżanki kawy, talerza i okładu z cukru ze szczęśliwą twarzą. Jeśli weźmiesz pod uwagę te trzy elementy do badania, system byłby niejednorodny, ale gdybyś studiował tylko czarną kawę wewnątrz kubka, mówiłbyś w tym przypadku o jednorodnym systemie.

Dlaczego? Ponieważ na pierwszy rzut oka czarna kawa wygląda na jednolitą powierzchnię i można by pomyśleć, że jest ona również wewnątrz. Gdyby cukier został dodany bez mieszania, osiadłby na dnie kubka i początkowy jednorodny system stałby się niejednorodny.

Gdyby jednak kawa była mieszana aż do całkowitego rozpuszczenia cukru, powróciłaby jej jednorodność, chociaż dzięki nowej właściwości organoleptycznej jest ona teraz słodsza niż wcześniej. Aby być jednorodnym, każda kropla kawy wyekstrahowana z dowolnego rogu kubka musi dokładnie wiedzieć.

Z drugiej strony możesz porównać filiżankę czarnej kawy z jedną z bąbelków. Drugi byłby mniej jednorodny niż pierwszy, ponieważ nie ma jednolitego rozkładu jego pęcherzyków. Ale jeśli dwie kawy mają ten sam smak i brakuje im kryształów cukru (ważniejsze zmienne), to oba są jednakowo jednorodne.

Kawy z bitą śmietaną lub z rysunkami artystycznymi na ich powierzchni mogą być przyjmowane przez heterogeniczne systemy (chociaż mieszanina jest jednorodna w odniesieniu do kawy).

Indeks

• 1 Charakterystyka jednorodnego systemu
  • 1.1 Szachownica i subiektywność
• 2 Klasyfikacja
  • 2.1 Rozwiązania
  • 2.2 Czyste substancje
  • 2.3 Reakcje jednorodne
• 3 Metody frakcjonowania
  • 3.1 Odparowanie
  • 3.2 Destylacja
  • 3.3 Skraplanie
• 4 Przykłady
  • 4,1 życia codziennego
  • 4.2 Chemikalia
• 5 referencji

Charakterystyka jednorodnego systemu

Jakie cechy powinien mieć jednorodny system?? 

-Musi posiadać pojedynczą fazę materiału (ciecz, ciało stałe lub gaz).

-Jeśli chodzi o mieszaninę, jej składniki muszą być w stanie utworzyć jednolitą fazę. Tak jest w przypadku kawy i cukru. Jeśli na dnie filiżanki lub kubka znajdują się kryształy cukru bez rozpuszczania, stanowią one drugą fazę.

-Ich intensywne właściwości (gęstość, lepkość, objętość molowa, temperatura wrzenia itp.) Muszą być takie same we wszystkich punktach systemu. Dotyczy to również właściwości organoleptycznych (smaku, koloru, zapachu itp.). Zatem beza o jednym smaku jest jednorodnym systemem, o ile nie ma innego elementu (jak pokrojone owoce).

-Składniki ich mieszanin są uporządkowane w przestrzeni w sposób jednorodny i symetryczny.

Szachownica i subiektywność

Ostatnia cecha może powodować zamieszanie i punkty widzenia.

Na przykład szachownica (bez elementów) stanowi punkt, w którym pojawiają się różne opinie na jej temat. Czy jest homogeniczny czy heterogeniczny? A jeśli czarne i białe kwadraty zmieniają się w rzędy (jeden biały, jeden czarny itd.), Jaka byłaby odpowiedź w tym scenariuszu??

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

Każdy kolor reprezentuje składnik, a mieszanina jest jednorodna, jeżeli jego fizyczne rozmieszczenie jest zorientowane w taki sposób, aby zminimalizować różnice jego właściwości. Dlatego kolory powinny być ułożone w możliwie najbardziej jednolity i symetryczny sposób.

Z tego rozumowania szachownica jest jednorodna, ponieważ pomimo heterogeniczności pod względem kolorów, jej różnica zmienia się równomiernie. Podczas gdy w kolorach wyświetlanych w rzędach widoczne są „fazy czarno-białe”, co byłoby równoznaczne z posiadaniem dwóch faz i wprowadzeniem definicji systemu heterogenicznego.

Klasyfikacja

Systemy jednorodne mogą mieć wiele klasyfikacji, które zależą od tego, do której gałęzi wiedzy należą. W chemii nie wystarczy powierzchownie obserwować system, ale znaleźć cząstki, które go tworzą i co w nim robią.

Rozwiązania

Nienasycone roztwory to mieszaniny lub jednorodne układy obecne nie tylko w chemii, ale w życiu codziennym. Morze i oceany to gigantyczne masy soli nienasyconej wody. Cząsteczki rozpuszczalnika, zwykle w fazie ciekłej, otaczają cząsteczki substancji rozpuszczonej i uniemożliwiają ich dodanie, tworząc ciało stałe lub pęcherzyk.

Prawie wszystkie rozwiązania należą do tej klasyfikacji. Zanieczyszczone alkohole, kwasy, zasady, mieszanina rozpuszczalników organicznych, roztwory wskaźnikowe lub odczynniki metali przejściowych; wszystko zawarte w balonach wolumetrycznych lub szklanych lub plastikowych pojemnikach sklasyfikowanych jako jednorodne systemy.

Biorąc pod uwagę mniejsze formowanie się drugiej fazy w jednym z tych rozwiązań, system nie jest już jednorodny.

Czyste substancje

Powyżej napisano „nieczyste alkohole”, co oznacza, że ​​zazwyczaj miesza się je z wodą. Jednak czyste alkohole, jak również inne ciekłe związki, są układami jednorodnymi. Dotyczy to nie tylko cieczy, ale także ciał stałych i gazów.

Dlaczego? Ponieważ kiedy w systemie jest tylko jeden rodzaj cząstki, mówi się o wysokiej jednorodności. Wszystkie są równe, 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 ma tylko atomy żelaza. Jeśli fragment któregokolwiek z jego wierzchołków miałby zostać usunięty, a jego właściwości określone, uzyskano by te same wyniki; to znaczy, że jednorodność jego właściwości jest spełniona.

Jeśli jest nieczysty, jego właściwości oscylują w zakresie wartości. Jest to wpływ zanieczyszczeń na żelazo i na każdą inną substancję lub związek.

Jeśli z drugiej strony żelazna kostka ma części utlenione (czerwone) i części metalowe (szaro), to jest to system heterogeniczny.

Reakcje jednorodne

Jednorodne reakcje są prawdopodobnie najważniejszymi jednorodnymi układami chemicznymi. W nich wszystkie odczynniki znajdują się w tej samej fazie, zwłaszcza w cieczy lub gazie. Charakteryzują się większym kontaktem i kolizjami molekularnymi między reagentami.

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

Reakcja gorących gazów z tlenem w celu wywołania pożaru jest charakterystycznym przykładem tego typu reakcji.

Każdy inny system obejmujący odczynniki o różnych fazach, jak to ma miejsce w przypadku utleniania metali, uważany jest za reakcję heterogeniczną.

Metody frakcjonowania

Zasadniczo, biorąc pod uwagę jego jednorodność, nie jest możliwe oddzielenie składników układów jednorodnych metodami mechanicznymi; znacznie mniej, jeśli jest to czysta substancja lub związek, z którego frakcjonowania otrzymuje się jego atomy pierwiastkowe.

Na przykład łatwiej (lub szybciej) oddzielić składniki pizzy (system heterogeniczny) niż składniki kawy (system jednorodny). W pierwszym wystarczy użyć rąk, aby usunąć składniki; podczas gdy w drugim, oddzielenie kawy od wody zajmie więcej niż ręce.

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

Odparowanie

Odparowanie polega na ogrzewaniu roztworu, aż rozpuszczalnik całkowicie wyparuje, pozostawiając rozpuszczoną substancję. Dlatego ta metoda jest stosowana do jednorodnych układów ciecz-ciało stałe.

Na przykład, podczas rozpuszczania pigmentu w pojemniku z wodą, najpierw system jest niejednorodny, ponieważ kryształy pigmentu nie rozprzestrzeniły się jeszcze w całej objętości. Po chwili cała woda staje się tym samym kolorem, co wskazuje na homogenizację.

Aby odzyskać dodany pigment, całą objętość wody należy podgrzać, aż odparuje. Zatem cząsteczki H₂Lub zwiększają swoją średnią energię kinetyczną dzięki energii dostarczanej przez ciepło. Prowadzi to do ucieczki do fazy gazowej, pozostawiając w dolnej (i na ścianach pojemnika) kryształy pigmentu.

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

Z drugiej strony, odparowanie jest również wykorzystywane do eliminacji lotnych substancji rozpuszczonych jako cząsteczek gazowych (O₂, CO₂, N₂, itd.). Gdy roztwór jest podgrzewany, gazy zaczynają gromadzić się, tworząc pęcherzyki, których ciśnienie, jeśli przekracza zewnętrzne, wzrośnie, aby uciec z cieczy.

Odparowanie rotacyjne

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

W ten sposób rozpuszczalnik może być ponownie użyty do przyszłych ekstrakcji. Te eksperymenty są bardzo powszechne w badaniach naturalnych olejów otrzymywanych z jakiejkolwiek materii organicznej (zwykły, nasiona, kwiaty, muszle owocowe itp.).

Destylacja

Destylacja pozwala na oddzielenie składników jednorodnego układu ciecz-ciecz. Opiera się na różnicy punktów wrzenia każdego składnika (ΔT_eb); Im większa różnica, tym łatwiej będzie je rozdzielić.

Wymaga kolumny chłodzącej, która sprzyja kondensacji najbardziej lotnej cieczy, która następnie przepływa do balonu zbiorczego. Rodzaj destylacji zmienia się w zależności od wartości ΔT_eb i zaangażowane substancje.

Ta metoda jest bardzo stosowana przy oczyszczaniu jednorodnych mieszanin; na przykład odzyskiwanie produktu gazowego z jednorodnej reakcji. Jednak ma również zastosowanie do mieszanin heterogenicznych, jak ma to miejsce w procesach rafinacji ropy naftowej do uzyskiwania 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 strukturami molekularnymi, masami i promieniami atomowymi.

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

Gdy zarówno T, jak i P różnią się, niektóre gazy mają tendencję do silniejszego oddziaływania niż inne; z wystarczającą siłą, aby skroplić się w fazie ciekłej. Z drugiej strony, jeśli cały system się skrapla, wówczas stosuje się destylację składników kondensatu.

Jeśli A i B są gazami, skraplają się w jednorodnej mieszaninie, która jest następnie poddawana destylacji. W ten sposób czysty A i B otrzymuje się w różnych pojemnikach (takich jak oddzielny ciekły tlen i azot).

Przykłady

Inne dodatkowe przykłady jednorodnych systemów wymieniono poniżej.

Życia codziennego

-Biała pasta do zębów.

-Ocet, a także komercyjne alkohole i płynne detergenty.

-Osocze krwi.

-Powietrze Chmury można również uznać za jednorodne systemy, chociaż tak naprawdę zawierają mikro kropelki wody.

-Napoje alkoholowe bez lodu.

-Perfumy.

-Żelatyna, mleko i miód. Jednak pod mikroskopem są to systemy heterogeniczne, pomimo pokazania pojedynczej fazy gołym okiem.

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

Chemikalia

-Stal i stopy metali. Jego atomy metalu są ułożone w krystalicznym układzie, w którym uczestniczy wiązanie metali. Jeśli rozkład atomów jest jednolity, bez „warstw” atomów metalu X lub Y.

-Wszystkie rozwiązania przygotowane w laboratorium lub poza nim.

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

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

Kataliza homogeniczna

Niektóre reakcje są przyspieszane przez dodanie homogenicznych katalizatorów, które są substancjami, które uczestniczą zgodnie z bardzo specyficznym mechanizmem w tej samej fazie reagentów; to znaczy, w reakcjach przeprowadzanych w roztworach wodnych, katalizatory te muszą być rozpuszczalne.

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

Referencje

1. Redakcja Encyclopaedia Britannica. (2018). Jednorodna reakcja. Encyclopædia Britannica. Źródło: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 września 2018). Różnica między mieszaninami heterogenicznymi i jednorodnymi. Źródło: thinkco.com
3. Chemicole (2017). Definicja jednorodności. Źródło: chemicool.com
4. Zakład Logiki Stosowanej. (2018). Przykłady jednorodnej mieszaniny. Źródło z: examples.yourdictionary.com
5. Wiedza naukowa. (s.f.). Chemia: jednorodne i niejednorodne systemy. Odzyskane z: saberdeciencias.com
6. Prof. Lic. Naso C. (s.f.). Mieszaniny i roztwory. [PDF] Źródło: cam.educaciondigital.net
7. Brazylia R. (20 kwietnia 2018). Łączenie katalizy homogenicznej i heterogenicznej. Źródło: chemistryworld.com