UN sistema omogeneo È quella parte dell'universo che è composta da una singola fase della materia. Può essere una fase totalmente uniforme, oppure consistere in una miscela ordinata e simmetrica di elementi, che nel caso di sistemi chimici omogenei, sono particelle (molecole, atomi, ioni, ecc.).
La natura tende, attraverso meccanismi incerti o ben noti, ad omogeneizzare alcune proprietà o l'intero sistema stesso. Sulla Terra c'è un'orchestra di equilibrio tra sistemi omogenei ed eterogenei, considerati come tali attraverso esplorazioni visive.
Cioè, in primo luogo gli occhi qualificano se un sistema (qualsiasi oggetto o spazio) è omogeneo o meno. Se è superficiale, il passo successivo è chiedersi com'è la sua composizione e come sono disposti i suoi elementi. In quest'ottica si può affermare o meno (con una certa certezza) se il sistema presenta omogeneità nelle sue proprietà.
Ad esempio, nell'immagine sopra hai l'immagine di una tazza di caffè, un piatto e un involucro di zucchero con una faccia felice. Se questi tre elementi venissero considerati per uno studio, allora il sistema sarebbe eterogeneo, ma se si studiasse solo il caffè nero all'interno della tazzina, in questo caso si parlerebbe di un sistema omogeneo.
Perché? Perché, a prima vista, il caffè nero ha una superficie uniforme e si potrebbe pensare che lo sia anche il suo interno. Se lo zucchero fosse aggiunto senza mescolare, si depositerebbe sul fondo della tazza e, il sistema omogeneo iniziale, diventerebbe eterogeneo..
Tuttavia, se il caffè venisse mescolato fino a completa dissoluzione dello zucchero, tornerebbe la sua omogeneità, anche se con la nuova proprietà organolettica di essere ora più dolce di prima. Per essere omogeneo, ogni goccia di caffè estratta da qualsiasi angolo della tazzina deve avere lo stesso identico sapore.
D'altra parte, una tazza di caffè nero può essere paragonata a una con una superficie frizzante. Il secondo sarebbe meno omogeneo del primo, poiché non presenta una distribuzione uniforme delle sue bolle. Ma se i due caffè hanno lo stesso sapore e mancano di cristalli di zucchero (variabili più importanti), allora sono entrambi ugualmente omogenei..
I caffè con panna montata, o con disegni artistici in superficie, possono essere prelevati con sistemi eterogenei (anche se la miscela è omogenea rispetto al caffè).
Indice articolo
Quali caratteristiche deve avere un sistema omogeneo?
-Deve avere un'unica fase materiale (liquido, solido o gas).
-Quando si tratta di una miscela, i suoi componenti devono essere in grado di formare un'unica fase uniforme. È il caso del caffè e dello zucchero. Se sul fondo del bicchiere o della tazza sono presenti cristalli di zucchero indisciolti, costituiscono una seconda fase..
-Le sue proprietà intense (densità, viscosità, volume molare, punto di ebollizione, ecc.) Devono essere le stesse in tutti i punti del sistema. Ciò vale anche per le proprietà organolettiche (sapore, colore, odore, ecc.). Quindi, una meringa monogusto è un sistema omogeneo fintanto che non ha un altro elemento (come la frutta tritata).
-I componenti delle loro miscele sono disposti nello spazio in modo omogeneo e simmetrico.
Quest'ultima caratteristica può provocare confusione e opinioni contrastanti.
La scacchiera (senza i pezzi), ad esempio, rappresenta un punto in cui sorgono opinioni diverse al riguardo. È omogeneo o eterogeneo? E se i quadrati bianchi e neri si alternano in file (uno bianco, uno nero e così via), quale sarebbe la risposta in quello scenario?
Poiché le scatole sono differenziate l'una dall'altra in base al colore, questa è la variabile principale. C'è una notevole differenza tra bianco e nero, che si alterna su tutto il tabellone.
Ogni colore rappresenta un componente e la miscela è omogenea se la loro disposizione fisica è orientata in modo tale da minimizzare le differenze nelle loro proprietà. Pertanto, i colori dovrebbero essere disposti nel modo più uniforme e simmetrico possibile..
Da questo ragionamento la scacchiera risulta omogenea, perché pur essendo eterogenea rispetto ai suoi colori, la loro differenza si alterna uniformemente. Mentre con i colori visualizzati in righe sono evidenti le “fasi in bianco e nero”, che equivarrebbero ad avere due fasi ed entrare nella definizione di un sistema eterogeneo..
I sistemi omogenei possono avere molte classificazioni, che dipendono dal ramo della conoscenza a cui appartengono. In chimica non basta osservare superficialmente un sistema, ma scoprire quali particelle lo compongono e cosa ci fanno.
Le soluzioni insature sono miscele o sistemi omogenei presenti non solo in chimica ma nella vita di tutti i giorni. Il mare e gli oceani sono enormi masse di acqua salata insatura. Le molecole di solvente, solitamente nella fase liquida, circondano le molecole di soluto e impediscono loro di aggregarsi per formare un solido o una bolla..
Quasi tutte le soluzioni rientrano in questa classificazione. Alcoli, acidi, basi impuri, una miscela di solventi organici, soluzioni indicatrici o reagenti con metalli di transizione; il tutto contenuto in palloncini volumetrici o contenitori di vetro o plastica, classificati come sistemi omogenei.
Data la minore formazione di una seconda fase in una qualsiasi di queste soluzioni, il sistema non è più omogeneo.
La frase "alcoli impuri" è stata scritta sopra, riferendosi al fatto che di solito sono mescolati con acqua. Tuttavia, gli alcoli puri, così come qualsiasi altro composto liquido, sono sistemi omogenei. Questo vale non solo per i liquidi, ma anche per i solidi e i gas..
Perché? Perché quando hai un solo tipo di particella in un sistema, parli di elevata omogeneità. Sono tutti uguali e l'unica variazione è nel modo in cui vibrano o si muovono; ma, in relazione alle sue proprietà fisiche o chimiche, non c'è differenza in nessuna parte del sistema.
Ciò significa che un cubo di ferro puro è un sistema omogeneo perché ha solo atomi di ferro. Se un frammento fosse strappato da uno qualsiasi dei suoi vertici e le sue proprietà fossero determinate, si otterrebbero gli stessi risultati; cioè, l'omogeneità delle sue proprietà è soddisfatta.
Se fosse impuro, le sue proprietà fluttuerebbero entro un intervallo di valori. Questo è l'effetto delle impurità sul ferro e su qualsiasi altra sostanza o composto.
Se invece il cubo di ferro ha parti arrugginite (rosse) e parti metalliche (grigiastre), allora è un sistema eterogeneo.
Le reazioni omogenee sono forse i più importanti sistemi chimici omogenei. In essi, tutti i reagenti sono nella stessa fase, specialmente la fase liquida o gassosa. Sono caratterizzati da un maggiore contatto e collisioni molecolari tra i reagenti.
Poiché esiste una sola fase, le particelle si muovono con maggiore libertà e velocità. Da un lato questo è un grande vantaggio; ma d'altra parte, possono formarsi prodotti indesiderati o alcuni reagenti si muovono così velocemente da non entrare in collisione in modo efficiente.
La reazione dei gas caldi con l'ossigeno per creare il fuoco è un esempio emblematico di questo tipo di reazione..
Qualsiasi altro sistema in cui partecipano reagenti con fasi diverse, come l'ossidazione dei metalli, è considerato una reazione eterogenea.
In linea di principio, data la loro uniformità, non è possibile separare i componenti di sistemi omogenei con metodi meccanici; tanto meno se è una sostanza o un composto puro, dai cui frazionamenti si ottengono i suoi atomi elementari.
Ad esempio, è più facile (o più veloce) separare i componenti di una pizza (sistema eterogeneo), rispetto a quelli di un caffè (sistema omogeneo). Nella prima è sufficiente usare le mani per rimuovere gli ingredienti; mentre con la seconda ci vorrà più delle mani per separare il caffè dall'acqua.
I metodi variano a seconda della complessità del sistema e delle sue fasi materiali.
L'evaporazione consiste nel riscaldare una soluzione fino a quando il solvente evapora completamente, lasciando il soluto sedimentato. Pertanto, questo metodo viene applicato a sistemi liquido-solido omogenei.
Ad esempio, quando si dissolve un pigmento in un contenitore d'acqua, il sistema è inizialmente eterogeneo, poiché i cristalli del pigmento non si sono ancora diffusi in tutto il volume. Dopo un po ', tutta l'acqua assume lo stesso colore, che è indicativo di un'omogeneizzazione.
Per recuperare il pigmento aggiunto, l'intero volume d'acqua deve essere riscaldato fino a quando evapora. Pertanto, le molecole di H.DueOppure aumentano la loro energia cinetica media grazie all'energia fornita dal calore. Questo li porta a fuoriuscire nella fase gassosa, lasciando cristalli di pigmento sul fondo (e sulle pareti del contenitore)..
Lo stesso accade con l'acqua di mare, dalla quale i suoi sali possono essere estratti come pietre bianche quando riscaldati.
D'altra parte, l'evaporazione viene utilizzata anche per rimuovere i soluti volatili come le molecole gassose (ODue, CODue, NDue, eccetera.). Quando la soluzione viene riscaldata, i gas iniziano a raccogliersi formando delle bolle, la cui pressione, se supera la pressione esterna, salirà per fuoriuscire dal liquido..
Questo metodo consente di recuperare i solventi organici applicando il vuoto. È molto utile, soprattutto quando si estraggono oli o grassi dalla materia organica.
In questo modo il solvente può essere riutilizzato per future estrazioni. Questi esperimenti sono molto comuni nello studio degli oli naturali ottenuti da qualsiasi materia organica (semplice, semi, fiori, gusci di frutta, ecc.).
La distillazione consente la separazione dei componenti di un sistema liquido-liquido omogeneo. Si basa sulla differenza dei punti di ebollizione di ciascun componente (ΔTeb); maggiore è la differenza, più facile sarà separarli.
Richiede una colonna di raffreddamento che favorisca la condensazione del liquido più volatile, che poi fluirà in un palloncino di raccolta. Il tipo di distillazione varia a seconda dei valori di ΔTeb e le sostanze coinvolte.
Questo metodo è ampiamente utilizzato per la purificazione di miscele omogenee; come, ad esempio, il recupero di un prodotto gassoso da una reazione omogenea. Tuttavia, trova applicazione anche per miscele eterogenee, come avviene nei processi di raffinazione del petrolio greggio per ottenere combustibili fossili e altri prodotti..
E i sistemi gassosi omogenei? Sono composti da più di un tipo di molecole o atomi gassosi, che differiscono per struttura molecolare, masse e raggi atomici..
Pertanto, hanno le loro proprietà fisiche e si comportano in modo diverso di fronte a un aumento della pressione e una diminuzione della temperatura..
Quando sia T che P variano, alcuni gas tendono ad interagire più fortemente di altri; abbastanza forte da condensare in una fase liquida. Se, d'altra parte, l'intero sistema condensa, viene utilizzata la distillazione dei componenti della condensa..
Se A e B sono gas, per liquefazione si condensano in una miscela omogenea, che viene poi sottoposta a distillazione. In questo modo, A e B puri si ottengono in contenitori diversi (come ossigeno liquido e azoto separati)..
Di seguito sono elencati ulteriori esempi di sistemi omogenei..
-Dentifricio bianco.
-Aceto, alcol commerciale e detersivi liquidi.
-Plasma del sangue.
-L'aria. Anche le nuvole possono essere considerate sistemi omogenei, anche se in realtà contengono micro goccioline d'acqua..
-Bevande alcoliche senza ghiaccio.
-Profumi.
-Gelatine, latte e miele. Tuttavia, microscopicamente sono sistemi eterogenei, nonostante mostrino una singola fase ad occhio nudo.
-Qualsiasi oggetto solido con caratteristiche uniformi visibili, come colore, luminosità, dimensioni, ecc. Ad esempio, pepite simmetriche e metalliche o blocchi sfaccettati di un minerale o di un sale. Anche gli specchi rientrano in questa gamma di oggetti.
-Acciaio e leghe metalliche. I suoi atomi metallici sono disposti in una disposizione cristallina in cui partecipa il legame metallico. Se la distribuzione degli atomi è uniforme, senza “strati” di atomi di un metallo X o Y.
-Tutte le soluzioni preparate all'interno o all'esterno del laboratorio.
-Idrocarburi puri (butano, propano, cicloesano, benzene, ecc.).
-Tutte le sintesi o produzioni in cui i reagenti o la materia prima sono in un'unica fase.
Alcune reazioni vengono accelerate aggiungendo catalizzatori omogenei, che sono sostanze che partecipano secondo un meccanismo ben preciso alla stessa fase dei reagenti; cioè, nelle reazioni condotte in soluzioni acquose, questi catalizzatori devono essere solubili.
In generale, la catalisi omogenea è molto selettiva, sebbene non molto attiva o stabile.
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.