Sistema homogêneo: características, classificação, métodos

Um sistema homogêneo é a porção do universo composta por uma única fase da matéria. Pode ser uma fase completamente uniforme ou consistir em uma mistura ordenada e simétrica de elementos, que no caso de sistemas químicos homogêneos, são partículas (moléculas, átomos, íons etc.).

A natureza tende, através de mecanismos incertos ou conhecidos, a homogeneizar algumas propriedades ou todo o sistema em si. Na Terra, existe uma orquestra de equilíbrio entre os sistemas homogêneo e heterogêneo , considerados como tais por explorações visuais.

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Fonte: Maxpixel

Ou seja, em um primeiro momento, os olhos se qualificam se um sistema (qualquer objeto ou espaço) é ou não homogêneo. Se for superficial, o próximo passo é perguntar como está sua composição e como seus elementos estão organizados. Com isso em mente, pode-se afirmar ou não (com certeza) se o sistema apresenta homogeneidade em suas propriedades.

Por exemplo, na imagem acima, você tem a imagem de uma xícara de café, um prato e uma embalagem de açúcar com um sorriso no rosto. Se esses três elementos fossem considerados para um estudo, o sistema seria heterogêneo, mas se apenas o café preto fosse estudado dentro da xícara, alguém falaria neste caso de um sistema homogêneo.

Porque Porque, à primeira vista, o café preto ostenta uma superfície uniforme e você pode pensar que seu interior também é. Se o açúcar fosse adicionado sem agitação, seria depositado no fundo do copo e, o sistema homogêneo inicial, se tornaria heterogêneo.

No entanto, se o café fosse mexido até o açúcar se dissolver completamente, ele retornaria sua homogeneidade, embora com a nova propriedade organoléptica que agora está mais doce do que antes. Para ser homogênea, cada gota de café extraído de qualquer canto da xícara deve ter o mesmo sabor.

Por outro lado, você pode comparar a xícara de café preto com uma superfície borbulhante. O segundo seria menos homogêneo que o primeiro, pois não possui uma distribuição uniforme de suas bolhas. Mas, se os dois cafés tiverem o mesmo sabor e não tiverem cristais de açúcar (variáveis ​​mais importantes), ambos serão igualmente homogêneos.

Os cafés com chantilly, ou com desenhos artísticos em sua superfície, podem ser tomados por sistemas heterogêneos (embora a mistura seja homogênea em relação ao café).

Características de um sistema homogêneo

Quais características um sistema homogêneo deve ter?

-Você deve ter uma única fase do material (líquido, sólido ou gás).

-Quando é uma mistura, seus componentes devem ser capazes de formar uma única fase uniforme. É o caso do café e do açúcar. Se houver cristais de açúcar não resolvidos no fundo do copo ou copo, eles constituem uma segunda fase.

-Suas propriedades intensivas (densidade, viscosidade, volume molar, ponto de ebulição, etc.) devem ser as mesmas em todos os pontos do sistema. Isto também se aplica às propriedades organolépticas (sabor, cor, cheiro, etc.). Assim, um merengue de um único sabor é um sistema homogêneo, desde que não tenha outro elemento (como frutas picadas).

-Os componentes de suas misturas são ordenados no espaço de maneira homogênea e simétrica.

O tabuleiro de xadrez e a subjetividade

O último recurso pode desencadear confusão e visualizações encontradas.

O tabuleiro de xadrez (sem as peças), por exemplo, representa um ponto em que diferentes opiniões surgem sobre ele. É homogêneo ou heterogêneo? E se os quadrados preto e branco se alternassem em linhas (uma branca, uma preta e assim por diante), qual seria a resposta nesse cenário?

Como as caixas diferem uma da outra por cor, essa é a variável principal. Há uma diferença notável entre branco e preto, que se alterna em todo o quadro.

Cada cor representa um componente e a mistura é homogênea se seu arranjo físico for orientado de maneira a minimizar as diferenças em suas propriedades. Portanto, as cores devem ser organizadas da maneira mais uniforme e simétrica possível.

A partir desse raciocínio, o tabuleiro de xadrez é homogêneo, porque, apesar de heterogêneo em relação às cores, sua diferença se alterna uniformemente. Enquanto nas cores exibidas nas linhas, as “fases preto e branco” são evidentes, o que equivaleria a ter duas fases e inserir a definição de um sistema heterogêneo.

Classificação

Sistemas homogêneos podem ter muitas classificações, que dependem de qual ramo de conhecimento eles pertencem. Na química, não basta observar superficialmente um sistema, mas descobrir quais partículas o compõem e o que fazem nele.

Soluções

Soluções insaturadas são misturas ou sistemas homogêneos presentes não apenas na química, mas na vida cotidiana. O mar e os oceanos são massas gigantescas de água salgada insaturada. As moléculas de solvente, geralmente na fase líquida, envolvem as do soluto e impedem que sejam adicionadas para formar um sólido ou uma bolha.

Quase todas as soluções se enquadram nessa classificação. Álcoois impuros, ácidos, bases, uma mistura de solventes orgânicos, soluções indicadoras ou reagentes de metais de transição; todos contidos em esferas volumétricas ou recipientes de vidro ou plástico, classificados como sistemas homogêneos.

Dada a menor formação de uma segunda fase em qualquer uma dessas soluções, o sistema não é mais homogêneo.

Substâncias puras

A frase “álcoois impuros” foi escrita acima, referindo-se ao fato de que eles geralmente são misturados com água. No entanto, álcoois puros, assim como qualquer outro composto líquido, são sistemas homogêneos. Isso se aplica não apenas a líquidos, mas também a sólidos e gases.

Porque Porque quando você tem um único tipo de partículas em um sistema, você fala de uma alta homogeneidade. Todos são iguais, e a única variação está na maneira como vibram ou se movem; mas, em relação às suas propriedades físicas ou químicas, não há diferença em nenhuma parte do sistema.

Isso significa que um cubo de ferro puro é um sistema homogêneo porque possui apenas átomos de ferro. Se um fragmento de qualquer um de seus vértices fosse arrancado e suas propriedades fossem determinadas, os mesmos resultados seriam obtidos; isto é, cumpre com a homogeneidade de suas propriedades.

Se impuras, suas propriedades variam dentro de uma faixa de valores. Este é o efeito das impurezas no ferro e em qualquer outra substância ou composto.

Se, por outro lado, o cubo de ferro possui partes oxidadas (vermelhas) e partes metálicas (acinzentadas), é um sistema heterogêneo.

Reações homogêneas

Reações homogêneas são talvez os sistemas homogêneos químicos mais importantes. Neles, todos os reagentes estão na mesma fase, especialmente o líquido ou gás. Eles são caracterizados por maior contato e colisões moleculares entre os reagentes.

Como existe apenas uma fase, as partículas se movem com maior liberdade e velocidade. Por um lado, isso é um grande benefício; por outro lado, produtos indesejados podem ser formados ou alguns reagentes se movem tão rápido que não colidem com eficiência.

A reação dos gases quentes com o oxigênio para causar incêndio é um exemplo emblemático desse tipo de reação.

Qualquer outro sistema que envolva reagentes com fases diferentes, como a oxidação de metais, é considerado uma reação heterogênea.

Métodos de fracionamento

Em princípio, dada sua uniformidade, não é possível separar os componentes dos sistemas homogêneos por métodos mecânicos; muito menos se for uma substância ou composto puro, de cujas frações seus átomos elementares são obtidos.

Por exemplo, é mais fácil (ou mais rápido) separar os componentes de uma pizza (sistema heterogêneo) do que os de um café (sistema homogêneo). No primeiro, use as mãos para remover os ingredientes; enquanto que no segundo, serão necessárias mais do que as mãos para separar o café da água.

Os métodos variam de acordo com a complexidade do sistema e suas fases materiais.

Evaporação

A evaporação consiste em aquecer uma solução até que o solvente evapore completamente, deixando o soluto sedimentado. Portanto, este método é aplicado a sistemas líquido-sólidos homogêneos.

Por exemplo, ao dissolver um pigmento em um recipiente com água, primeiro o sistema é heterogêneo, uma vez que os cristais do pigmento ainda não ficaram borrados em todo o volume. Depois de um tempo, toda a água fica da mesma cor, o que é indicativo de homogeneização.

Para recuperar o pigmento adicionado, todo o volume de água deve ser aquecido até evaporar. Assim, as moléculas de H 2 O aumentar a sua energia cinética média com a energia fornecida pelo calor. Isso leva a escapar para a fase gasosa, deixando cristais de pigmento no fundo (e nas paredes do recipiente).

O mesmo vale para a água do mar, da qual seus sais podem ser extraídos como pedras brancas quando aquecidos.

Por outro lado, a evaporação também é usada para eliminar solutos voláteis, como moléculas gasosas (O 2 , CO 2 , N 2 , etc.). Quando a solução é aquecida, os gases começam a se acumular para formar bolhas, cuja pressão, se exceder a externa, aumentará para escapar do líquido.

Evaporação rotacional

Este método permite recuperar solventes orgânicos aplicando vácuo.É muito útil, especialmente ao extrair óleos ou gorduras da matéria orgânica.

Dessa maneira, o solvente pode ser reutilizado para futuras extrações. Essas experiências são muito comuns no estudo de óleos naturais obtidos de qualquer matéria orgânica (merere, sementes, flores, cascas de frutas, etc.).

Destilação

A destilação permite que os componentes de um sistema líquido-líquido homogêneo sejam separados. É baseado na diferença nos pontos de ebulição de cada componente (ΔT eb ); Quanto maior a diferença, mais fácil será separá-las.

Requer uma coluna de resfriamento que promova a condensação do líquido mais volátil, que fluirá para uma bola coletora. O tipo de destilação varia dependendo dos valores de ΔT eb e das substâncias envolvidas.

Este método é amplamente utilizado na purificação de misturas homogêneas; como por exemplo, recuperar um produto gasoso de uma reação homogênea. No entanto, também possui aplicação para misturas heterogêneas, como é o caso de processos de refino de petróleo para obtenção de combustíveis fósseis e outros produtos.

Liquefação

E os sistemas de gás homogêneos? Eles são compostos de mais de um tipo de moléculas ou átomos gasosos, que diferem em suas estruturas moleculares, massas e raios atômicos.

Portanto, eles têm suas próprias propriedades físicas e se comportam de maneira diferente diante do aumento da pressão e da diminuição da temperatura.

Quando T e P variam, alguns gases tendem a interagir mais fortemente que outros; com força suficiente para condensar na fase líquida. Se, por outro lado, todo o sistema condensar, será utilizada a destilação dos componentes do condensado.

Se A e B são gases, por liquefação, eles se condensam em uma mistura homogênea, que é então submetida a destilação. Dessa maneira, A e B puros são obtidos em diferentes vasos (como oxigênio líquido e nitrogênio separados).

Exemplos

Outros exemplos adicionais de sistemas homogêneos estão listados abaixo.

Da vida cotidiana

Creme dental branco.

-Vinager, bem como álcool comercial e detergentes líquidos.

-O plasma sanguíneo.

-O ar. As nuvens também podem ser consideradas sistemas homogêneos, mesmo que elas realmente contenham micro gotículas de água.

-As bebidas alcoólicas sem gelo.

-Perfumes.

-Gelatina, leite e mel. No entanto, microscopicamente, são sistemas heterogêneos, apesar de mostrarem uma única fase a olho nu.

– Qualquer objeto sólido com características uniformes visíveis, como cor, brilho, dimensões, etc. Por exemplo, pepitas simétricas e metálicas ou blocos facetados de um mineral ou sal. Os espelhos também se enquadram nessa faixa de objetos.

Químicos

-Aço e ligas metálicas. Seus átomos de metal são dispostos em um arranjo cristalino, onde a ligação metálica participa. Se a distribuição dos átomos for uniforme, sem “camadas” de átomos de um metal X ou Y.

-Todas as soluções preparadas dentro ou fora do laboratório.

-Hidrocarbonetos puros (butano, propano, ciclo-hexano, benzeno, etc.).

-Todas as sínteses ou produções em que os reagentes ou a matéria-prima se encontram em uma única fase.

Catálise homogênea

Algumas reações são aceleradas pela adição de catalisadores homogêneos, substâncias que participam de acordo com um mecanismo muito específico na mesma fase dos reagentes; isto é, nas reações realizadas em soluções aquosas, esses catalisadores devem ser solúveis.

Em geral, a catálise homogênea é muito seletiva, embora não seja muito ativa ou estável.

Referências

  1. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (2018). Reação homogênea. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
  2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 de setembro de 2018). A diferença entre misturas heterogêneas e homogêneas. Recuperado de: thoughtco.com
  3. Chemicool (2017). Definição de Homogêneo. Recuperado de: chemicool.com
  4. LoveToKnow (2018). Exemplos de mistura homogênea. Recuperado de: examples.yourdictionary.com
  5. Saiba sobre ciência. (sf). Química: sistemas homogêneos e heterogêneos. Recuperado de: saberdeciencias.com
  6. Prof. Lic. Naso C. (sf). Misturas e soluções. [PDF]. Recuperado de: cam.educaciondigital.net
  7. Brasil R. (20 de abril de 2018). Combinando catálise homogênea e heterogênea. Recuperado de: chemistryworld.com

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