HỆ THỐNG ĐỒNG NHẤT: ĐẶC ĐIỂM, PHÂN LOẠI, PHƯƠNG PHÁP - HÓA HỌC - 2026

Một hệ thống đồng nhất là một phần của vũ trụ được tạo thành từ một giai đoạn duy nhất của vật chất. Nó có thể là một pha hoàn toàn đồng nhất, hoặc bao gồm một hỗn hợp có trật tự và đối xứng của các phần tử, trong trường hợp hệ thống hóa học đồng nhất, là các hạt (phân tử, nguyên tử, ion, v.v.).

Bản chất có xu hướng, thông qua các cơ chế không chắc chắn hoặc đã biết, đồng nhất một số thuộc tính hoặc toàn bộ hệ thống. Trên Trái đất có một hệ thống cân bằng giữa các hệ thống đồng nhất và không đồng nhất, được xem xét như vậy bằng các khám phá trực quan.

Nguồn: Maxpixel

Tức là, trong trường hợp đầu tiên, đôi mắt xác định xem một hệ thống (bất kỳ vật thể hoặc không gian nào) có đồng nhất hay không. Nếu nó là bề ngoài, bước tiếp theo là tự hỏi bản thân xem thành phần của nó như thế nào và các yếu tố của nó được sắp xếp theo cách nào. Với suy nghĩ này, có thể khẳng định hay không (một cách chắc chắn) nếu hệ thống thể hiện tính đồng nhất trong các thuộc tính của nó.

Ví dụ, trong hình trên bạn có hình ảnh của một tách cà phê, một cái đĩa và một bọc đường với khuôn mặt hạnh phúc. Nếu ba yếu tố này được xem xét cho một nghiên cứu, thì hệ thống sẽ không đồng nhất, nhưng nếu chỉ nghiên cứu cà phê đen bên trong tách, trong trường hợp này chúng ta sẽ nói về một hệ thống đồng nhất.

Tại sao? Bởi lẽ, thoạt nhìn, cà phê đen trông rất mịn và bạn có thể nghĩ rằng nội thất bên trong cũng vậy. Nếu cho đường vào mà không khuấy, nó sẽ lắng xuống đáy cốc và hệ đồng nhất ban đầu sẽ trở nên không đồng nhất.

Tuy nhiên, nếu cà phê được khuấy cho đến khi đường tan hoàn toàn, thì tính đồng nhất của nó sẽ trở lại, mặc dù với đặc tính cảm quan mới hiện nay nó ngọt hơn trước. Để đồng nhất, từng giọt cà phê được chiết xuất từ ​​bất kỳ góc nào của cốc phải có hương vị giống hệt nhau.

Mặt khác, một tách cà phê đen có thể được so sánh với một tách cà phê có bề mặt nổi bọt. Cái thứ hai sẽ kém đồng nhất hơn cái thứ nhất, vì nó không có sự phân bố đồng đều các bong bóng của nó. Tuy nhiên, nếu hai loại cà phê có hương vị giống nhau, và thiếu các tinh thể đường (các yếu tố quan trọng nhất), thì chúng đồng nhất như nhau.

Có thể lấy cà phê với kem đánh bông hoặc có các hình vẽ nghệ thuật trên bề mặt bằng hệ thống không đồng nhất (ngay cả khi hỗn hợp là đồng nhất đối với cà phê).

Đặc điểm của một hệ thống đồng nhất

Hệ thống thuần nhất cần có những đặc điểm gì?

-Nó phải có một pha nguyên liệu duy nhất (lỏng, rắn hoặc khí).

-Khi nó là một hỗn hợp, các thành phần của nó phải có thể tạo thành một pha đồng nhất duy nhất. Đây là trường hợp của cà phê và đường. Nếu có các tinh thể đường chưa hòa tan ở đáy ly hoặc cốc, chúng tạo thành pha thứ hai.

-Các đặc tính chuyên sâu của nó (mật độ, độ nhớt, thể tích mol, điểm sôi, v.v.) phải giống nhau ở tất cả các điểm trong hệ thống. Điều này cũng áp dụng cho các đặc tính cảm quan (vị, màu, mùi, v.v.). Do đó, một loại meringue hương vị đơn là một hệ thống đồng nhất miễn là nó không có yếu tố khác (chẳng hạn như trái cây cắt nhỏ).

-Các thành phần của hỗn hợp của bạn được sắp xếp trong không gian một cách đồng nhất và đối xứng.

Bàn cờ và sự chủ quan

Tính năng thứ hai có thể gây ra sự nhầm lẫn và các quan điểm xung đột.

Ví dụ, bàn cờ (không có quân cờ) đại diện cho một điểm mà các ý kiến ​​khác nhau nảy sinh về nó. Nó đồng nhất hay không đồng nhất? Và nếu các ô vuông đen và trắng xen kẽ nhau thành các hàng (một ô trắng, một ô đen, v.v.), phản ứng trong trường hợp đó sẽ như thế nào?

Bởi vì các hộp được phân biệt với nhau bằng màu sắc, đây là biến chính. Có một sự khác biệt đáng chú ý giữa màu trắng và màu đen, xen kẽ trên toàn bộ bảng.

Mỗi màu đại diện cho một thành phần, và hỗn hợp là đồng nhất nếu sự sắp xếp vật lý của chúng được định hướng theo cách để giảm thiểu sự khác biệt về tính chất của chúng. Vì vậy, màu sắc nên được sắp xếp đồng đều và đối xứng nhất có thể.

Từ lý luận này, bàn cờ là đồng nhất, bởi vì mặc dù không đồng nhất về màu sắc của nó, sự khác biệt của chúng xen kẽ đồng nhất. Trong khi với các màu được hiển thị theo hàng, thì rõ ràng là "pha đen và trắng", tương đương với việc có hai pha và đi vào định nghĩa của một hệ thống không đồng nhất.

Phân loại

Các hệ thống đồng nhất có thể có nhiều cách phân loại, tùy thuộc vào nhánh kiến ​​thức mà chúng thuộc về. Trong hóa học, việc quan sát một cách hời hợt một hệ thống là chưa đủ, mà phải tìm ra những hạt nào tạo nên nó và chúng làm gì trong đó.

Các giải pháp

Các dung dịch không bão hòa là những hỗn hợp hoặc hệ thống đồng nhất không chỉ xuất hiện trong hóa học mà còn trong cuộc sống hàng ngày. Biển và đại dương là những khối nước muối không bão hòa khổng lồ. Các phân tử dung môi, thường ở pha lỏng, bao quanh các phân tử chất tan và ngăn chúng kết tụ lại để tạo thành chất rắn hoặc bong bóng.

Hầu hết tất cả các giải pháp rơi vào phân loại này. Rượu, axit, bazơ không tinh khiết, hỗn hợp dung môi hữu cơ, dung dịch chỉ thị hoặc thuốc thử kim loại chuyển tiếp; tất cả được đựng trong bóng bay thể tích hoặc hộp thủy tinh hoặc nhựa được xếp vào hệ thống đồng nhất.

Đối mặt với việc ít hình thành pha thứ hai hơn trong bất kỳ dung dịch nào trong số này, hệ thống không còn đồng nhất.

Chất tinh khiết

Cụm từ "rượu không tinh khiết" đã được viết ở trên, đề cập đến thực tế là chúng thường được trộn với nước. Tuy nhiên, rượu nguyên chất, cũng như bất kỳ hợp chất lỏng nào khác, là những hệ thống đồng nhất. Điều này không chỉ áp dụng cho chất lỏng, mà còn cho chất rắn và chất khí.

Tại sao? Bởi vì khi bạn chỉ có một loại hạt trong một hệ thống, bạn nói đến tính đồng nhất cao. Tất cả chúng đều giống nhau, và sự khác biệt duy nhất là cách chúng rung động hoặc di chuyển; nhưng, liên quan đến các tính chất vật lý hoặc hóa học của nó, không có sự khác biệt trong bất kỳ phần nào của hệ thống.

Điều này có nghĩa là một khối lập phương bằng sắt nguyên chất là một hệ đồng nhất vì nó chỉ có các nguyên tử sắt. Nếu một đoạn bị xé ra khỏi bất kỳ đỉnh nào của nó và các thuộc tính của nó được xác định, kết quả tương tự sẽ thu được; nghĩa là, tính đồng nhất của các thuộc tính của nó được thực hiện.

Nếu nó không tinh khiết, các thuộc tính của nó sẽ dao động trong một phạm vi giá trị. Đây là ảnh hưởng của các tạp chất đối với sắt và bất kỳ chất hoặc hợp chất nào khác.

Mặt khác, nếu khối lập phương bằng sắt có các bộ phận bị gỉ (màu đỏ) và các bộ phận bằng kim loại (màu xám), thì đó là một hệ không đồng nhất.

Phản ứng đồng nhất

Phản ứng đồng thể có lẽ là hệ thống hóa học đồng nhất quan trọng nhất. Trong đó, tất cả các chất phản ứng đều ở cùng một pha, đặc biệt là pha lỏng hoặc pha khí. Chúng được đặc trưng bởi sự tiếp xúc nhiều hơn và va chạm phân tử giữa các chất phản ứng.

Vì chỉ có một pha nên các hạt chuyển động với tốc độ và độ tự do lớn hơn. Một mặt đây là một lợi ích lớn; Nhưng mặt khác, các sản phẩm không mong muốn có thể được hình thành hoặc một số thuốc thử di chuyển quá nhanh nên chúng không va chạm hiệu quả.

Phản ứng của khí nóng với oxy để tạo ra lửa là một ví dụ điển hình của loại phản ứng này.

Bất kỳ hệ thống nào khác mà các chất phản ứng với các giai đoạn khác nhau tham gia, chẳng hạn như quá trình oxy hóa kim loại, được coi là phản ứng dị thể.

Phương pháp phân đoạn

Về nguyên tắc, với sự đồng nhất của chúng, không thể tách các thành phần của hệ đồng nhất bằng phương pháp cơ học; ít hơn nhiều nếu nó là một chất hoặc hợp chất tinh khiết, từ các phân đoạn mà các nguyên tử nguyên tố của nó thu được.

Ví dụ, việc tách các thành phần của bánh pizza (hệ không đồng nhất) dễ dàng (hoặc nhanh hơn) so với các thành phần của cà phê (hệ đồng nhất). Trong lần đầu tiên, chỉ cần dùng tay để loại bỏ các thành phần là đủ; trong khi với lần thứ hai, sẽ mất nhiều hơn tay để tách cà phê khỏi nước.

Các phương pháp thay đổi tùy theo mức độ phức tạp của hệ thống và các giai đoạn nguyên liệu của nó.

Bay hơi

Sự bay hơi bao gồm việc đun nóng dung dịch cho đến khi dung môi bay hơi hoàn toàn, để lại chất tan lắng đọng. Vì vậy, phương pháp này được áp dụng cho các hệ chất lỏng - rắn đồng nhất.

Ví dụ, khi hòa tan một chất màu trong một thùng chứa nước, hệ thống ban đầu không đồng nhất, vì các tinh thể của chất màu chưa khuếch tán trong toàn bộ thể tích. Sau một thời gian, tất cả nước chuyển sang cùng một màu, đó là dấu hiệu của sự đồng nhất.

Để thu hồi chất màu đã thêm vào, toàn bộ khối lượng nước phải được đun nóng cho đến khi nó bay hơi. Như vậy phân tử H ₂ O tăng động năng trung bình nhờ nhiệt năng cung cấp. Điều này dẫn đến việc chúng thoát vào pha khí, để lại các tinh thể sắc tố ở đáy (và trên thành của vật chứa).

Điều tương tự cũng xảy ra với nước biển, từ đó muối của nó có thể được chiết xuất thành đá trắng khi đun nóng.

Mặt khác, sự bay hơi còn được sử dụng để loại bỏ các chất tan dễ bay hơi như các phân tử ở thể khí (O ₂ , CO ₂ , N ₂ , v.v.). Khi đun nóng dung dịch, các chất khí bắt đầu tụ lại để tạo thành bong bóng, nếu vượt quá áp suất bên ngoài thì áp suất sẽ tăng lên để thoát ra khỏi chất lỏng.

Rotaevaporation

Phương pháp này có thể thu hồi dung môi hữu cơ bằng cách áp dụng chân không. Nó rất hữu ích, đặc biệt là khi chiết xuất dầu hoặc chất béo từ chất hữu cơ.

Bằng cách này, dung môi có thể được sử dụng lại cho các lần chiết sau này. Những thí nghiệm này rất phổ biến trong việc nghiên cứu các loại dầu tự nhiên thu được từ bất kỳ chất hữu cơ nào (chỉ, hạt, hoa, vỏ trái cây, v.v.).

Chưng cất

Quá trình chưng cất cho phép tách các thành phần của một hệ chất lỏng - chất lỏng đồng nhất. Nó dựa trên sự khác biệt của điểm sôi của mỗi thành phần (ΔT _eb ); sự khác biệt càng lớn thì càng dễ tách chúng ra.

Nó yêu cầu một cột làm mát thúc đẩy sự ngưng tụ của chất lỏng dễ bay hơi nhất, sau đó sẽ chảy vào một quả bóng thu. Kiểu chưng cất khác nhau tùy thuộc vào giá trị ΔT _eb và các chất tham gia.

Phương pháp này được sử dụng rộng rãi khi tinh chế các hỗn hợp đồng nhất; chẳng hạn như, ví dụ, thu hồi một sản phẩm khí từ một phản ứng đồng thể. Tuy nhiên, nó cũng có ứng dụng cho các hỗn hợp không đồng nhất, như xảy ra trong quá trình tinh chế dầu thô để thu được nhiên liệu hóa thạch và các sản phẩm khác.

Hóa lỏng

Và những gì về hệ thống khí đồng nhất? Chúng được cấu tạo bởi nhiều hơn một loại phân tử hoặc nguyên tử ở thể khí, chúng khác nhau về cấu trúc phân tử, khối lượng và bán kính nguyên tử.

Do đó, chúng có các đặc tính vật lý riêng và hoạt động khác nhau khi áp suất tăng và nhiệt độ giảm.

Khi cả T và P khác nhau, một số chất khí có xu hướng tương tác mạnh hơn những chất khí khác; với một lực đủ để ngưng tụ thành pha lỏng. Mặt khác, nếu toàn bộ hệ thống ngưng tụ, thì việc chưng cất các thành phần ngưng tụ được sử dụng.

Nếu A và B là chất khí, thông qua quá trình hóa lỏng, chúng ngưng tụ thành một hỗn hợp đồng nhất, sau đó được chưng cất. Bằng cách này, A và B tinh khiết thu được trong các bình khác nhau (chẳng hạn như oxy lỏng và nitơ riêng biệt).

Ví dụ

Các ví dụ bổ sung về hệ thống đồng nhất được liệt kê dưới đây.

Của cuộc sống hàng ngày

-Kem đánh răng trắng.

- Giấm, cũng như cồn thương mại và chất tẩy rửa dạng lỏng.

- Huyết tương.

-Không khí. Các đám mây cũng có thể được coi là hệ thống đồng nhất, mặc dù chúng thực sự chứa các giọt nước siêu nhỏ.

- Đồ uống có cồn không có đá.

-Perfumes.

-Gelatins, sữa và mật ong. Tuy nhiên, về mặt kính hiển vi, chúng là những hệ thống không đồng nhất, mặc dù chỉ hiển thị một pha bằng mắt thường.

- Bất kỳ vật thể rắn nào có các đặc điểm đồng nhất có thể nhìn thấy được, chẳng hạn như màu sắc, độ sáng, kích thước, v.v. Ví dụ, cốm đối xứng và kim loại, hoặc các khối khoáng chất hoặc muối có nhiều mặt. Gương cũng nằm trong phạm vi đối tượng này.

Hóa chất

-Thép và hợp kim kim loại. Các nguyên tử kim loại của nó được sắp xếp theo kiểu tinh thể mà liên kết kim loại tham gia. Nếu sự phân bố của các nguyên tử là đồng đều, không có "lớp" các nguyên tử của một kim loại X hoặc Y.

-Tất cả các dung dịch được chuẩn bị trong hoặc ngoài phòng thí nghiệm.

- Hydrocacbon tinh khiết (butan, propan, xyclohexan, benzen, v.v.).

-Tất cả các quá trình tổng hợp hoặc sản xuất mà thuốc thử hoặc nguyên liệu thô ở trong một giai đoạn duy nhất.

Xúc tác đồng nhất

Một số phản ứng được tăng tốc bằng cách thêm chất xúc tác đồng thể, là những chất tham gia theo một cơ chế rất đặc trưng trong cùng một pha của các chất phản ứng; nghĩa là, trong các phản ứng thực hiện trong dung dịch nước, các chất xúc tác này phải hòa tan.

Nói chung, xúc tác đồng thể rất chọn lọc, mặc dù không hoạt động mạnh hoặc ổn định.

Người giới thiệu

1. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (2018). Phản ứng đồng thể. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 24 tháng 9 năm 2018). Sự khác biệt giữa hỗn hợp không đồng nhất và đồng nhất. Phục hồi từ: thinkco.com
3. Hóa chất. (2017). Định nghĩa về Đồng nhất. Phục hồi từ: chemicool.com
4. LoveToKnow. (2018). Ví dụ về hỗn hợp đồng nhất. Được khôi phục từ: example.yourdictionary.com
5. Hiểu biết về Khoa học. (sf). Hóa học: hệ đồng nhất và hệ dị thể. Phục hồi từ: saberdeciencias.com
6. Giáo sư Lic. Naso C. (sf). Hỗn hợp và dung dịch. . Được khôi phục từ: cam.educaciondigital.net
7. Brazil R. (ngày 20 tháng 4 năm 2018). Kết hợp xúc tác đồng thể và dị thể. Phục hồi từ: chemistryworld.com