מערכת הומוגנית: מאפיינים, סיווג, שיטות - כִּימִיָה - 2025

מערכת הומוגנית היא כי חלק של היקום מורכב שלב אחד של העניין. זה יכול להיות שלב אחיד לחלוטין, או מורכב מתערובת מסודרת וסימטרית של יסודות, שבמקרה של מערכות כימיות הומוגניות, הם חלקיקים (מולקולות, אטומים, יונים וכו ').

הטבע נוטה, באמצעות מנגנונים לא בטוחים או ידועים, לבצע הומוגניזציה של רכוש כלשהו או של המערכת כולה. על פני האדמה יש תזמורת של איזון בין מערכות הומוגניות והטרוגניות, הנחשבות ככאלה על ידי חקר חזותי.

מקור: מקספיקסל

כלומר, מלכתחילה, העיניים מסמכות אם מערכת (כל אובייקט או חלל) הומוגנית או לא. אם זה באופן שטחי, השלב הבא הוא לשאול את עצמך איך נראה הרכבו ובאיזו אופן מסודרים האלמנטים שלו. עם זאת בחשבון, ניתן לאשר זאת או לא (בוודאות מסוימת) אם המערכת מציגה הומוגניות בתכונותיה.

לדוגמא, בתמונה למעלה יש לכם תמונה של כוס קפה, צלחת ועטיפת סוכר עם פנים שמחות. אם שלושת האלמנטים הללו היו נבדקים למחקר, המערכת הייתה הטרוגנית, אך אם רק נבדק הקפה השחור בתוך הספל, במקרה זה היינו מדברים על מערכת הומוגנית.

למה? מכיוון שבמבט ראשון קפה שחור נראה חלק ואפשר לחשוב שהוא גם הפנים. אם היה מוסף את הסוכר ללא ערבוב, הוא היה מתיישב לתחתית הספל, והמערכת ההומוגנית הראשונית הייתה הופכת להטרוגנית.

עם זאת, אם הקפה היה מוקפץ עד להמסת הסוכר לחלוטין, ההומוגניות שלו הייתה חוזרת, אם כי עם התכונה האורגנולפטית החדשה שהיא כיום מתוקה יותר מבעבר. כדי להיות הומוגני, כל טיפת קפה המופקת מכל פינה בגביע חייבת להיות טעימה זהה.

מצד שני, ניתן להשוות כוס קפה שחור לזו עם משטח מבעבע. השנייה תהיה פחות הומוגנית מהראשונה, מכיוון שהיא אינה מציגה חלוקה אחידה של הבועות שלה. אבל, אם לשתי הקפה טעם זהה, וחסרי גבישי סוכר (המשתנים החשובים ביותר), אז שניהם הומוגניים לא פחות.

קפה עם קצפת או עם ציורים אומנותיים על פני השטח, ניתן לקחת על ידי מערכות הטרוגניות (גם אם התערובת הומוגנית ביחס לקפה).

מאפייני מערכת הומוגנית

אילו מאפיינים צריכה להיות למערכת הומוגנית?

-זה חייב להיות שלב חומר יחיד (נוזל, מוצק או גז).

כאשר מדובר בתערובת, על רכיביה להיות מסוגלים ליצור שלב אחיד אחד. זה המקרה עם קפה וסוכר. אם ישנם גבישי סוכר לא מומסים בתחתית הכוס או הספל, הם מהווים שלב שני.

-המאפיינים האינטנסיביים (צפיפות, צמיגות, נפח טוחן, נקודת רתיחה וכו ') חייבים להיות זהים בכל הנקודות במערכת. זה תקף גם לתכונות האורגנולפטיות (טעם, צבע, ריח וכו '). לפיכך, מרנג בטעם בודד הוא מערכת הומוגנית כל עוד אין בו אלמנט אחר (כמו פירות קצוצים).

מרכיבי התערובות שלך מסודרים בחלל בצורה הומוגנית וסימטרית.

לוח השחמט והסובייקטיביות

התכונה האחרונה יכולה לעורר בלבול ודעות מנוגדות.

לוח השחמט (ללא החלקים), למשל, מייצג נקודה שבה עולות דעות שונות לגביו. האם זה הומוגני או הטרוגני? ואם הריבועים בשחור לבן מתחלפים בשורות (אחת לבנה, אחת שחורה וכן הלאה), מה תהיה התגובה בתרחיש ההוא?

מכיוון שהתיבות מובחנות זו מזו לפי צבע, זהו המשתנה העיקרי. יש הבדל בולט בין לבן לשחור, המתחלף בכל הלוח.

כל צבע מייצג רכיב, והתערובת הומוגנית אם הסידור הפיזי שלהם מכוון בצורה שתמזער את ההבדלים בתכונותיהם. לכן, יש לסדר את הצבעים בצורה שווה וסימטרית ככל האפשר.

מהנמקה זו לוח השחמט הומוגני, מכיוון שלמרות היותו הטרוגני ביחס לצבעיו, ההבדל שלהם מתחלף באופן אחיד. בעוד עם הצבעים המוצגים בשורות, ניכרים "השלבים השחורים והלבנים", דבר שווה ערך לשני שלבים ולהיכנס להגדרה של מערכת הטרוגנית.

מִיוּן

מערכות הומוגניות יכולות להיות בעלות סיווגים רבים, שתלויים באיזה ענף ידע הם שייכים. בכימיה לא מספיק להסתכל באופן שטחי על מערכת, אלא למצוא אילו חלקיקים מרכיבים אותה ומה הם עושים בה.

פתרונות

תמיסות בלתי רוויות הן תערובות או מערכות הומוגניות הקיימות לא רק בכימיה אלא בחיי היומיום. הים והאוקיאנוסים הם המוני ענק של מי מלח בלתי רוויים. מולקולות ממסות, בדרך כלל בשלב הנוזלי, מקיפות מולקולות מומסות ומונעות מהן להצטבר ליצירת מוצק או בועה.

כמעט כל הפתרונות נכנסים לסיווג זה. אלכוהולים טמאים, חומצות, בסיסים, תערובת של ממסים אורגניים, פתרונות אינדיקטור או ריאגנטים ממתכת מעבר; כל הכלול בבלונים נפחיים או במכלי זכוכית או פלסטיק מסווגים כמערכות הומוגניות.

מול פחות היווצרות של שלב שני באחד מהפתרונות הללו, המערכת כבר לא הומוגנית.

חומרים טהורים

הביטוי "אלכוהולים טמאים" נכתב לעיל, והתייחס לעובדה שהם מעורבבים בדרך כלל במים. עם זאת, אלכוהולים טהורים, כמו גם כל תרכובת נוזלית אחרת, הם מערכות הומוגניות. זה תקף לא רק לנוזלים, אלא גם למוצקים וגזים.

למה? כי כשיש רק סוג אחד של חלקיק במערכת, אתה מדבר על הומוגניות גבוהה. כולם זהים, והווריאציה היחידה היא בדרך בה הם רוטטים או זזים; אך ביחס לתכונות הפיזיקליות או הכימיות שלה, אין הבדל באף חלק במערכת.

המשמעות היא שקוביה של ברזל טהור היא מערכת הומוגנית מכיוון שיש בה רק אטומי ברזל. אם נקרע שבר מאחד מקודקודיו, ותכונותיו נקבעו, היו מתקבלות אותן תוצאות; כלומר, ההומוגניות של תכונותיו מתממשת.

אם זה היה טמא, התכונות שלו היו משתנות בטווח ערכים. זו השפעת זיהומים על ברזל ועל כל חומר ותרכובת אחרים.

אם לעומת זאת לקוביית הברזל חלקים חלודים (אדומים) וחלקים מתכתיים (אפרפרים), הרי שמדובר במערכת הטרוגנית.

תגובות הומוגניות

תגובות הומוגניות הן אולי המערכות הכימיות ההומוגניות החשובות ביותר. בתוכם, כל המגיבים נמצאים באותו שלב, במיוחד הנוזל או הגזים. הם מאופיינים במגעים גדולים יותר והתנגשויות מולקולריות בין המגיבים.

מכיוון שיש רק שלב אחד, החלקיקים נעים בחופש ובמהירות גדולים יותר. מצד אחד זה יתרון גדול; אך מצד שני, ניתן ליצור מוצרים לא רצויים או להגיב כמה ריאגנטים כל כך מהר שהם לא מתנגשים ביעילות.

התגובה של גזים חמים עם חמצן ליצירת אש היא דוגמא סמלית לסוג זה של תגובה.

כל מערכת אחרת בה משתתפים מגיבים עם שלבים שונים, כמו חמצון מתכות, נחשבת כתגובה הטרוגנית.

שיטות שבר

באופן עקרוני, בהתחשב באחידותם, לא ניתן להפריד בין רכיבי המערכות ההומוגניות בשיטות מכניות; הרבה פחות אם מדובר בחומר או בתרכובת טהורה, אשר מהקציצות שלהם מתקבלים האטומים היסודיים שלהם.

לדוגמה, קל יותר (או מהיר יותר) להפריד בין רכיבי הפיצה (מערכת הטרוגנית), מאשר אלו של קפה (מערכת הומוגנית). בראשון, מספיק להשתמש בידיים שלך בכדי להסיר את המרכיבים; ואילו בשנייה, יידרש יותר מהידיים כדי להפריד את הקפה מהמים.

השיטות משתנות בהתאם למורכבות המערכת ולשלבי החומר שלה.

אידוי

האידוי מורכב מחימום תמיסה עד שהממס מתאדה לחלוטין, ומותיר את המומס. לכן, שיטה זו מיושמת על מערכות הומוגניות נוזליות מוצקות.

לדוגמא, כשממיסים פיגמנט בכלי מים, המערכת בתחילה הטרוגנית, מכיוון שגבישי הפיגמנט טרם התפזרו לאורך הנפח. לאחר זמן מה, כל המים הופכים לאותו צבע, מה שמעיד על הומוגניזציה.

כדי לשחזר את הפיגמנט הנוסף, יש לחמם את כל נפח המים עד שהוא מתאדה. לפיכך, מולקולות H ₂ O מגדילות את האנרגיה הקינטית הממוצעת שלהן בזכות האנרגיה שמספקת החום. זה מוביל לכך שהם נמלטים לשלב הגזי ומשאירים גבישי פיגמנט בתחתית (ועל דפנות המכולה).

הדבר קורה גם עם מי ים, מהם ניתן להוציא מלחים שלהם כאבנים לבנות כאשר הם מחוממים.

לעומת זאת, אידוי משמש גם להסרת מומסים נדיפים כמו מולקולות גזים (O ₂ , CO ₂ , N ₂ וכו '). כאשר התמיסה מחוממת, הגזים מתחילים להתאסף ליצירת בועות, כאשר הלחץ שאם יעלה על הלחץ החיצוני יעלה כדי להימלט מהנוזל.

אידוי רוטה

שיטה זו מאפשרת לשחזר ממסים אורגניים באמצעות מריחת ואקום. זה שימושי מאוד, במיוחד כשמחלצים שמנים או שומנים מחומר אורגני.

בדרך זו, ניתן להשתמש בממס לשימוש חוזר לצורך עקירות עתידיות. ניסויים אלה נפוצים מאוד במחקר של שמנים טבעיים המתקבלים מכל חומר אורגני (מרי, זרעים, פרחים, קליפות פרי וכו ').

זִקוּק

זיקוק מאפשר הפרדת רכיבים של מערכת נוזל-נוזל הומוגנית. זה מבוסס על ההבדל בין נקודות הרתיחה של כל רכיב (ΔT _eb ); ככל שההבדל גדול יותר, כך יהיה קל יותר להפריד ביניהם.

זה דורש עמוד קירור שמקדם את העיבוי של הנוזל הנדיף ביותר, אשר אז יזרום לכדור פורח. סוג הזיקוק משתנה בהתאם לערכים של ΔT _eb והחומרים המעורבים.

שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב בעת טיהור תערובות הומוגניות; כמו למשל התאוששות של מוצר גזי מתגובה הומוגנית. עם זאת, יש לו גם יישום לתערובות הטרוגניות, כפי שקורה בתהליכי הזיקוק של נפט גולמי לקבלת דלקים מאובנים ומוצרים אחרים.

נזילות

ומה עם מערכות גזים הומוגניות? הם מורכבים ביותר מסוג אחד של מולקולות או אטומים גזים, הנבדלים זה מזה במבנים המולקולריים שלהם, ההמונים והרדיוסים האטומיים.

לכן יש להם תכונות פיזיות משלהם והם מתנהגים בצורה שונה אל מול עליית לחץ וירידה בטמפרטורה.

כאשר T ו- P משתנים, גזים מסוימים נוטים ליצור אינטראקציה חזקה יותר מאחרים; עם מספיק כוח להתעבות לשלב נוזלי. אם, לעומת זאת, כל המערכת מתעבתת, אז משתמשים בזיקוק של רכיבי העיבוי.

אם A ו- B הם גזים, באמצעות ניזול הם מתעבים לתערובת הומוגנית, אשר אז נתונה לזיקוק. בדרך זו מתקבלים A ו B טהורים בכלים שונים (כגון חמצן נוזלי וחנקן נפרדים).

דוגמאות

להלן דוגמאות נוספות למערכות הומוגניות.

של חיי היומיום

משחת שיניים לבנה.

חומץ, כמו גם אלכוהול מסחרי וחומרי ניקוי נוזליים.

פלזמת הדם.

-האויר. עננים יכולים להיחשב גם כמערכות הומוגניות, אם כי הם למעשה מכילים טיפות מים מיקרו.

משקאות אלכוהוליים ללא קרח.

-תַמרוּקִים.

-גלטינים, חלב ודבש. עם זאת, מבחינה מיקרוסקופית מדובר במערכות הטרוגניות, למרות שהראו שלב אחד לעין בלתי מזוינת.

-כל חפץ מוצק עם מאפיינים אחידים גלויים, כגון צבע, בהירות, מידות וכו '. לדוגמה, נאגטס סימטרי ומתכתי, או בלוקים פנים של מינרל או מלח. מראות נופלות גם בטווח אובייקטים זה.

כימיקלים

סגסוגות מתכת ומתכת. האטומים המתכתיים שלו מסודרים בסידור גבישי בו משתתף הקשר המתכתי. אם התפלגות האטומים אחידה, ללא "שכבות" של אטומי מתכת X או Y.

-כל הפתרונות שהוכנו בתוך המעבדה או מחוצה לה.

פחמימנים טהורים (בוטאן, פרופאן, ציקלוהקסאן, בנזן וכו ').

-כל הסינתזות או ההפקות שבהם המגיבים או חומר הגלם נמצאים בשלב אחד.

קטליזה הומוגנית

יש תגובות המואצות על ידי הוספת זרזים הומוגניים, שהם חומרים המשתתפים על פי מנגנון מאוד ספציפי באותו שלב של המגיבים; כלומר בתגובות המתבצעות בתמיסות מימיות, הזרזים הללו חייבים להיות מסיסים.

באופן כללי, קטליזה הומוגנית היא סלקטיבית מאוד, אם כי אינה פעילה מאוד או יציבה.

הפניות

1. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2018). תגובה הומוגנית. אנציקלופדיה בריטניקה. התאושש מ: britannica.com
2. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (24 בספטמבר 2018). ההבדל בין תערובות הטרוגניות והומוגניות. התאושש מ: thoughtco.com
3. כימיקול. (2017). הגדרה הומוגנית. התאושש מ: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). דוגמאות לתערובת הומוגנית. התאושש מ: voorbeeld.yourdictionary.com
5. מכיר את המדעים. (sf). כימיה: מערכות הומוגניות והטרוגניות. התאושש מ: saberdeciencias.com
6. פרופ 'ליס. נאסו סי. תערובות ופתרונות. . התאושש מ: cam.educaciondigital.net
7. ברזיל ר '(20 באפריל 2018). שילוב קטליזה הומוגנית והטרוגנית. התאושש מ: chemistryworld.com