- Característiques d'un sistema homogeni
- El tauler d'escacs i la subjectivitat
- classificació
- solucions
- substàncies pures
- reaccions homogènies
- Mètodes de fraccionament
- evaporació
- Rotaevaporación
- destil·lació
- liquació
- exemples
- De la vida diària
- Químics
- catàlisi homogènia
- referències
Un sistema homogeni és aquella porció de l'univers que es compon per una sola fase de matèria. Pot tractar-se d'una fase totalment uniforme, o consistir en una barreja ordenada i simètrica d'elements, que per al cas dels sistemes homogenis químics, es tracten de partícules (molècules, àtoms, ions, etc.).
La naturalesa tendeix, mitjançant mecanismes incerts o molt coneguts, a homogeneïtzar alguna propietat o tot el sistema en si mateix. A la Terra es presenta una orquestra d'equilibri entre els sistemes homogenis i heterogenis, considerats com a tals mitjançant exploracions visuals.
Font: Maxpixel
És a dir, en primera instància els ulls qualifiquen si un sistema (qualsevol objecte o espai) és o no homogeni. De ser-ho superficialment, el següent pas és preguntar-se com és la seva composició i de quina manera es disposen els seus elements. Amb això en ment, es pot afirmar o no (amb certa certesa) si el sistema presenta homogeneïtat en les seves propietats.
Per exemple, a la imatge superior es té la imatge d'una tassa de cafè, un plat i un embolcall de sucre amb una careta feliç. Si es considerés aquests tres elements per a un estudi, llavors el sistema seria heterogeni, però si s'estudiés només el cafè negre dins de la tassa, es parlaria en aquest cas d'un sistema homogeni.
Per què? Perquè, a primera vista, el cafè negre llueix una superfície uniforme i es podria pensar que també ho és el seu interior. Si s'agregués el sucre sense agitar, aquesta es dipositaria a fons de la tassa i, el sistema homogeni inicial, es convertiria en heterogeni.
No obstant això, si es agités el cafè fins dissoldre el sucre per complet, tornaria la seva homogeneïtat, encara que amb la nova propietat organolèptica que ara és més dolça que abans. Per ser homogeni, cada gota de cafè extreta de qualsevol racó de la tassa ha de saber exactament igual.
D'altra banda, es pot comparar la tassa de cafè negre amb una de superfície bombolles. La segona seria menys homogènia que la primera, ja que no presenta una distribució uniforme de les seves bombolles. Però, si els dos cafès tenen el mateix gust, i no tenen cristalls de sucre (variables més importants), llavors tots dos són igual de homogenis.
Els cafès amb crema batuda, o amb dibuixos artístics sobre la seva superfície, poden ser presos per sistemes heterogenis (encara que la barreja sigui homogènia respecte a el cafè).
Característiques d'un sistema homogeni
Quines característiques ha de tenir un sistema homogeni?
-Ha de tenir una sola fase material (líquida, sòlida o gasosa).
-Quan es tracta d'una barreja, els seus components han de poder formar una sola fase uniforme. Aquest és el cas de el cafè i el sucre. Si en el fons de l'got o la tassa hi ha cristalls de sucre sense dissoldre, aquests constitueixen una segona fase.
-Els seus propietats intensives (densitat, viscositat, volum molar, punt d'ebullició, etc.) han de ser iguals en tots els punts dins de el sistema. Això s'aplica també per a les propietats organolèptiques (sabor, color, olor, etc.). Així, una merengada d'un únic sabor és un sistema homogeni sempre que no tingui un altre element (com fruites picades).
-Els components dels seus mescles s'ordenen en l'espai de manera homogènia i simètrica.
El tauler d'escacs i la subjectivitat
L'última característica pot desencadenar confusions i punts de vista trobats.
El tauler d'escacs (sense les peces), per exemple, representa un punt on sorgeixen diferents opinions a l'respecte. És homogeni o heterogeni? I si les caselles blanques i negres s'alternessin en files (una blanca, una altra negra, i així successivament), ¿quina seria la resposta en aquest escenari?
A causa de que les caselles es diferencien unes de les altres mitjançant el color, aquest és la variable principal. Hi ha una diferència notòria entre el color blanc i el negre, la qual s'alterna per tot el tauler.
Cada color representa un component, i la barreja és homogènia si la disposició física dels mateixos s'orienta de manera que disminueixi a l'mínim les diferències de les seves propietats. Per tant, els colors han de disposar-se de la manera més uniforme i simètrica possible.
Des d'aquest raonament, el tauler d'escacs és homogeni, perquè tot i ser heterogeni respecte als seus colors, la seva diferència s'alterna uniformement. Mentre que amb els colors desplegats en files, resulten evidents les "fases negres i blanques", la qual cosa equivaldria a tenir dues fases i entrar en la definició d'un sistema heterogeni.
classificació
Els sistemes homogenis poden tenir moltes classificacions, les quals depenen de a quina branca de coneixement pertanyen. En química, no n'hi ha prou amb observar superficialment un sistema, sinó trobar quins partícules el componen i què fan en ell.
solucions
Les solucions insaturats són mescles o sistemes homogenis presents no només en la química sinó en la vida diària. El mar i els oceans són masses gegantines d'aigua insaturat de sals. Les molècules de solvent, generalment en fase líquida, envolten a les de solut i eviten que s'agreguin per formar un sòlid o una bombolla.
Gairebé totes les solucions entren en aquesta classificació. Els alcohols impurs, els àcids, les bases, una barreja de solvents orgànics, les solucions indicadors o de reactius de metalls de transició; tots continguts en pilotes volumètrics o recipients de vidre o de plàstic, classifiquen com a sistemes homogenis.
Davant la menor formació d'una segona fase en alguna d'aquestes solucions, el sistema deixa de ser homogeni.
substàncies pures
A dalt es va escriure la frase "els alcohols impurs", referint-se a que usualment estan barrejats amb aigua. No obstant això, els alcohols purs, així com qualsevol altre compost líquid, són sistemes homogenis. Això s'aplica no només als líquids, sinó també als sòlids i gasos.
Per què? Perquè quan es té en un sistema un sol tipus de partícules, es parla d'una homogeneïtat alta. Totes són iguals, i l'única variació està en la manera en què vibren o es desplacen; però, en relació a les seves propietats físiques o químiques, no hi ha una diferència enlloc de el sistema.
Això vol dir que una galleda de ferro pur és un sistema homogeni perquè només posseeix àtoms de ferro. Si es arrenqués un fragment de qualsevol dels seus vèrtexs, i es determinaran les seves propietats, s'obtindrien els mateixos resultats; és a dir, es compleix amb l'homogeneïtat de les seves propietats.
Si és impur, les seves propietats oscil·larien dins d'un rang de valors. Aquest és l'efecte de les impureses sobre el ferro, i sobre qualsevol altra substància o compost.
Si per altra banda el cub de ferro té parts rovellades (vermelles) i parts metàl·liques (grisenques), llavors és un sistema heterogeni.
reaccions homogènies
Les reaccions homogènies són potser els sistemes homogenis químics més importants. En elles tots els reactius es troben en una mateixa fase, especialment la líquida o la gasosa. Es caracteritzen per haver un major contacte i col·lisions moleculars entre els reactius.
Com que hi ha una sola fase, les partícules es desplacen amb més llibertat i velocitats. D'una banda això és un gran benefici; però de l'altra, poden formar-se productes indesitjats o alguns reactius es mouen tan ràpid que no xoquen de manera eficient.
La reacció dels gasos calents amb l'oxigen per originar foc és un exemple emblemàtic d'aquest tipus de reaccions.
Qualsevol altre sistema on participin reactius amb fases diferents, com passa amb l'oxidació dels metalls, se'l considera una reacció heterogènia.
Mètodes de fraccionament
En principi, donada la seva uniformitat, no és possible separar els components dels sistemes homogenis mitjançant mètodes mecànics; molt menys si es tracta d'una substància o compost pur, de que els seus fraccionaments s'obtenen seus àtoms elementals.
Per exemple, és més fàcil (o ràpid) separar els components d'una pizza (sistema heterogeni), que els d'un cafè (sistema homogeni). En el primer només cal utilitzar les mans per retirar els ingredients; mentre que amb el segon, caldrà més que les mans per separar el cafè de l'aigua.
Els mètodes varien d'acord a la complexitat de sistema i les seves fases materials.
evaporació
L'evaporació consisteix en l'escalfament d'una solució fins que el solvent s'evapori per complet, deixant el solut sedimentat. Per tant, aquest mètode és aplicat a sistemes líquid-sòlid homogenis.
Per exemple, a l'dissoldre un pigment en un recipient amb aigua, a del principi el sistema és heterogeni, ja que els cristalls de l'pigment encara no s'han difuminat per tot el volum. Transcorregut un temps, tota l'aigua es torna d'un mateix color, la qual cosa és indicatiu d'una homogeneïtzació.
Per recuperar el pigment agregat, s'ha d'escalfar tot el volum d'aigua fins que s'evapori. Així, les molècules d'H 2 O augmenten la seva energia cinètica mitjana gràcies a l'energia subministrada per la calor. Això comporta al fet que escapin a la fase gasosa, deixant en el fons (i en les parets de l'recipient) cristalls de l'pigment.
El mateix passa amb l'aigua de la mar, de la qual es poden extreure les seves sals com pedres blanques a l'escalfar-la.
D'altra banda, l'evaporació també s'utilitza per eliminar els soluts volàtils com molècules gasoses (O 2, CO 2, N 2, etc.). Quan s'escalfa la solució, els gasos comencen a reunir-se per formar bombolles, la pressió, si supera l'externa, han d'ascendir per escapar de el líquid.
Rotaevaporación
Aquest mètode fa possible la recuperació de solvents orgànics mitjançant l'aplicació de buit. És molt útil, especialment quan es realitzen extraccions d'olis o greixos de la matèria orgànica.
D'aquesta manera, el solvent pot tornar a emprar-se per realitzar futures extraccions. Aquests experiments són molt comuns en l'estudi d'olis naturals obtinguts de qualsevol matèria orgànica (merey, llavors, flors, petxines de fruits, etc.).
destil·lació
La destil·lació permet separar components d'un sistema homogeni líquid-líquid. Es basa en la diferència dels punts d'ebullició de cada component (At eb); mentre més gran sigui la diferència, més fàcil serà separar-los.
Requereix d'una columna de refredament que promogui la condensació de el líquid més volàtil, el qual després fluirà cap a una pilota recol·lector. El tipus de destil·lació varia depenent dels valors de t eb i de les substàncies involucrades.
Aquest mètode és molt emprat a l'hora de purificar mescles homogènies; com per exemple, recuperar d'una reacció homogènia un producte gasós. No obstant això, també té aplicació per a les mescles heterogènies, com passa en els processos de refinació de l'cru petrolier per a l'obtenció de combustibles fòssils i altres productes.
liquació
¿I què hi ha dels sistemes homogenis gasosos? Estan compostos per més d'un tipus de molècules o àtoms gasosos, els quals difereixen en les seves estructures moleculars, masses, i ràdios atòmics.
Per tant, tenen propietats físiques pròpies i es comporten de diferent manera davant un augment de la pressió i descens de la temperatura.
Quan tant T com P varien, alguns gasos tendeixen a interaccionar amb més força que altres; amb la força suficient com per condensar en una fase líquida. Si, d'altra banda, tot el sistema condensa, llavors es recorre a la destil·lació dels components de l'condensat.
Si A i B són gasos, mitjançant la liquació condensen en una barreja homogènia, la qual després se sotmet a destil·lació. D'aquesta manera, s'obté A i B purs en diferents recipients (com ara oxigen i nitrogen líquids separats).
exemples
A continuació s'enlistan altres exemples addicionals de sistemes homogenis.
De la vida diària
-Pasta dental blanca.
-Vinagre, així com l'alcohol comercial i els detergents líquids.
-El plasma sanguini.
-El aire. Els núvols també poden considerar-se sistemes homogenis, encara que realment continguin micro gotetes d'aigua.
-Les begudes alcohòliques sense gel.
-Perfums.
-Gelatinas, llet i mel. No obstant això, microscòpicament són sistemes heterogenis, tot i lluir una sola fase a simple vista.
Qualsevol objecte sòlid amb característiques uniformes visibles, com el color, la brillantor, les dimensions, etc. Per exemple, llavors simètriques i metàl·liques, o blocs facetats d'un mineral o sal. Els miralls també entren dins d'aquesta gamma d'objectes.
Químics
-El acer i els aliatges metàl·lics. Els seus àtoms metàl·lics es disposen en un arranjament cristal·lí on participa l'enllaç metàl·lic. Si la distribució dels àtoms és uniforme, sense "capes" d'àtoms d'un metall X o Y.
-Totes les solucions preparades dins o fora de laboratori.
-Els hidrocarburs purs (butà, propà, ciclohexà, benzè, etc.).
-Totes les síntesi o produccions on els reactius o la matèria primera estiguin en una sola fase.
catàlisi homogènia
Algunes reaccions són accelerades mitjançant l'addició de catalitzadors homogenis, els quals són substàncies que participen d'acord a un mecanisme molt específic en la mateixa fase dels reactius; és a dir, en reaccions dutes a terme en solucions aquoses, aquests catalitzadors han de ser solubles.
En general, la catàlisi homogènia és molt selectiva, encara que no molt activa ni tampoc estable.
referències
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (2018). Homogeneous reaction. Encyclopædia Britannica. Recuperat de: britannica.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 de setembre del 2018). The Difference Between heterogeneous and Homogeneous mixtures. Recuperat de: thoughtco.com
- Chemicool. (2017). Definition of Homogeneous. Recuperat de: chemicool.com
- LoveToKnow. (2018). Examples of Homogeneous Mixture. Recuperat de: examples.yourdictionary.com
- Saber de Ciències. (Sf). Química: sistemes homogenis i heterogenis. Recuperat de: saberdeciencias.com
- Prof. Llic. Naso C. (sf). Mescles i solucions.. Recuperat de: cam.educaciondigital.net
- Brazil R. (20 d'abril del 2018). Combining homogeneous and heterogeneous catalysis. Recuperat de: chemistryworld.com