Sistema homogêneo: características, classificação, métodos - Ciência - 2023

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UMA sistema homogêneo É aquela porção do universo que é composta por uma única fase da matéria. Pode ser uma fase totalmente uniforme, ou pode 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, por meio de mecanismos incertos ou bem conhecidos, a homogeneizar alguma propriedade ou todo o próprio sistema. Na Terra existe uma orquestra de equilíbrio entre sistemas homogêneos e heterogêneos, considerados como tal pelas explorações visuais.

Ou seja, em primeiro lugar, os olhos qualificam se um sistema (qualquer objeto ou espaço) é homogêneo ou não. Se for superficialmente, o próximo passo é perguntar a si mesmo como é sua composição e de que forma seus elementos estão dispostos. Com isso em mente, pode-se afirmar ou não (com alguma 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 uma carinha feliz. Se esses três elementos fossem considerados para um estudo, então o sistema seria heterogêneo, mas se apenas o café preto dentro da xícara fosse estudado, neste caso falaríamos de um sistema homogêneo.

Por quê? Porque, à primeira vista, o café preto tem uma superfície uniforme e você pode pensar que assim é o seu interior. Se o açúcar fosse adicionado sem mexer, ele se acomodaria no fundo da xícara e o sistema homogêneo inicial se tornaria heterogêneo.

Porém, se o café fosse mexido até que o açúcar estivesse completamente dissolvido, sua homogeneidade voltaria, embora com a nova propriedade organoléptica de que agora está mais doce do que antes. Para ser homogêneo, cada gota de café extraída de qualquer canto da xícara deve ter exatamente o mesmo gosto.

Por outro lado, uma xícara de café preto pode ser comparada a uma com uma superfície espumante. O segundo seria menos homogêneo do que o primeiro, pois não apresenta uma distribuição uniforme de suas bolhas. Mas, se os dois cafés têm o mesmo gosto e não têm cristais de açúcar (variáveis mais importantes), eles são igualmente homogêneos.

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

Características de um sistema homogêneo

Quais características um sistema homogêneo deve ter?

-Deve ter uma única fase do material (líquido, sólido ou gasoso).

- Quando se trata de 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 dissolvidos no fundo do copo ou xícara, 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. Isso também se aplica às propriedades organolépticas (sabor, cor, cheiro, etc.). Assim, um merengue de sabor único é um sistema homogêneo, desde que não tenha outro elemento (como frutas picadas).

-Os componentes de suas misturas são dispostos no espaço de forma homogênea e simétrica.

O tabuleiro de xadrez e subjetividade

O último recurso pode causar confusão e visões conflitantes.

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

Como as caixas são diferenciadas entre si pela cor, esta é a variável principal. Há uma diferença notável entre branco e preto, que se alterna em todo o tabuleiro.

Cada cor representa um componente, e a mistura é homogênea se sua disposição física for orientada de forma a minimizar as diferenças em suas propriedades. Portanto, as cores devem ser organizadas da forma mais uniforme e simétrica possível.

A partir desse raciocínio, o tabuleiro de xadrez é homogêneo, pois apesar de ser heterogêneo no que diz respeito às suas cores, suas diferenças se alternam uniformemente. Já com as cores dispostas em linhas, ficam evidentes as “fases preto e branco”, o que equivaleria a ter duas fases e entrar na definição de um sistema heterogêneo.

Classificação

Os sistemas homogêneos podem ter muitas classificações, que dependem do ramo do conhecimento a que pertencem. Em 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, circundam as moléculas de soluto e evitam que se agreguem para formar um sólido ou bolha.

Quase todas as soluções se enquadram nessa classificação. Álcoois, ácidos, bases impuros, uma mistura de solventes orgânicos, soluções indicadoras ou reagentes de metais de transição; todos contidos em balões volumétricos ou recipientes de vidro ou plástico são 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 geralmente são misturados com água. No entanto, os álcoois puros, assim como qualquer outro composto líquido, são sistemas homogêneos. Isso se aplica não apenas a líquidos, mas também a sólidos e gases.

Por quê? Porque quando você tem apenas um tipo de partícula em um sistema, você fala de alta homogeneidade. Eles são todos 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 fosse arrancado de qualquer um de seus vértices e suas propriedades fossem determinadas, os mesmos resultados seriam obtidos; isto é, a homogeneidade de suas propriedades é satisfeita.

Se fosse impuro, suas propriedades flutuariam 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 enferrujadas (vermelhas) e partes metálicas (acinzentadas), então é um sistema heterogêneo.

Reações homogêneas

As reações homogêneas são talvez os sistemas químicos homogêneos mais importantes. Neles, todos os reagentes estão na mesma fase, principalmente a fase líquida ou gasosa. Eles são caracterizados por um 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; Mas, por outro lado, produtos indesejados podem ser formados ou alguns reagentes se movem tão rápido que não colidem com eficiência.

A reação de gases quentes com oxigênio para criar fogo é um exemplo emblemático desse tipo de reação.

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

Métodos de fracionamento

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

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, basta usar as mãos para retirar os ingredientes; enquanto com o segundo, vai demorar mais do que 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 homogêneos líquido-sólido.

Por exemplo, ao dissolver um pigmento em um recipiente com água, o sistema é inicialmente heterogêneo, pois os cristais do pigmento ainda não se difundiram por todo o volume. Depois de um tempo, toda a água fica com a mesma cor, o que indica uma homogeneização.

Para recuperar o pigmento adicionado, todo o volume de água deve ser aquecido até a evaporação. Assim, as moléculas de H₂Ou aumentam sua energia cinética média graças à energia fornecida pelo calor. Isso faz com que eles escapem para a fase gasosa, deixando cristais de pigmento no fundo (e nas paredes do recipiente).

O mesmo acontece com 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 remover solutos voláteis, como moléculas gasosas (O₂, CO₂, N₂, etc.).Quando a solução é aquecida, os gases começam a se reunir formando bolhas, cuja pressão, se ultrapassar a pressão externa, aumentará para escapar do líquido.

Rotaevaporação

Este método permite recuperar solventes orgânicos por aplicação de vácuo. É muito útil, especialmente na extração de óleos ou gorduras da matéria orgânica.

Desta forma, o solvente pode ser reutilizado para futuras extrações. Esses experimentos são muito comuns no estudo de óleos naturais obtidos de qualquer matéria orgânica (mero, sementes, flores, cascas de frutas, etc.).

Destilação

A destilação permite a separação dos componentes de um sistema líquido-líquido homogêneo. Baseia-se na diferença dos pontos de ebulição de cada componente (ΔT_eb); quanto maior a diferença, mais fácil será separá-los.

Requer uma coluna de resfriamento que promova a condensação do líquido mais volátil, que então fluirá para um balão coletor. O tipo de destilação varia dependendo dos valores de ΔT_ebe as substâncias envolvidas.

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

Liquefação

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

Portanto, eles têm propriedades físicas próprias 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 do que outros; com força suficiente para condensar em uma fase líquida. Se, por outro lado, todo o sistema condensa, então a destilação dos componentes condensados é usada.

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

Exemplos

Outros exemplos de sistemas homogêneos estão listados abaixo.

Da vida diária

- Pasta de dente branca.

-Vinagre, bem como álcool comercial e detergentes líquidos.

-O plasma sanguíneo.

-O ar. As nuvens também podem ser consideradas sistemas homogêneos, embora na verdade contenham microgotas de água.

-Bebidas alcoólicas sem gelo.

-Perfumes.

-Gelatinas, leite e mel. No entanto, microscopicamente são sistemas heterogêneos, apesar de apresentarem 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.

Produtos químicos

-Aço e ligas metálicas. Seus átomos metálicos estão 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, ciclohexano, benzeno, etc.).

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

Catálise homogênea

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

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

Referências

Os editores da Encyclopaedia Britannica. (2018). Reação homogênea. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 de setembro de 2018). A diferença entre misturas heterogêneas e homogêneas. Recuperado de: Thoughtco.com
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