SYSTÈME HOMOGÈNE: CARACTÉRISTIQUES, CLASSIFICATION, MÉTHODES - CHIMIE - 2025

Un système homogène est cette partie de l'univers qui est constituée d'une seule phase de matière. Il peut s'agir d'une phase totalement uniforme, ou consister en un mélange ordonné et symétrique d'éléments qui, dans le cas de systèmes chimiques homogènes, sont des particules (molécules, atomes, ions, etc.).

La nature a tendance, par des mécanismes incertains ou bien connus, à homogénéiser certaines propriétés ou l'ensemble du système lui-même. Sur Terre, il existe un orchestre d'équilibre entre des systèmes homogènes et hétérogènes, considérés comme tels par les explorations visuelles.

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Autrement dit, dans un premier temps, les yeux qualifient si un système (n'importe quel objet ou espace) est homogène ou non. Si c'est superficiellement, l'étape suivante consiste à vous demander à quoi ressemble sa composition et de quelle manière ses éléments sont disposés. Dans cette optique, on peut affirmer ou non (avec une certaine certitude) si le système présente une homogénéité dans ses propriétés.

Par exemple, dans l'image ci-dessus, vous avez l'image d'une tasse à café, d'une assiette et d'un emballage de sucre avec un visage heureux. Si ces trois éléments étaient considérés pour une étude, alors le système serait hétérogène, mais si seulement le café noir à l'intérieur de la tasse était étudié, dans ce cas on parlerait d'un système homogène.

Parce que? Parce que, à première vue, le café noir a l'air lisse et vous pourriez penser que l'intérieur aussi. Si le sucre était ajouté sans agitation, il se déposerait au fond de la tasse et le système homogène initial deviendrait hétérogène.

Cependant, si le café était agité jusqu'à ce que le sucre soit complètement dissous, son homogénéité reviendrait, bien qu'avec la nouvelle propriété organoleptique qu'il soit maintenant plus sucré qu'auparavant. Pour être homogène, chaque goutte de café extraite de n'importe quel coin de la tasse doit avoir exactement le même goût.

D'autre part, une tasse de café noir peut être comparée à une tasse avec une surface pétillante. Le second serait moins homogène que le premier, car il ne présente pas une répartition uniforme de ses bulles. Mais, si les deux cafés ont le même goût et manquent de cristaux de sucre (variables les plus importantes), alors ils sont tous deux également homogènes.

Les cafés à la crème fouettée, ou avec des dessins artistiques sur leur surface, peuvent être pris par des systèmes hétérogènes (même si le mélange est homogène par rapport au café).

Caractéristiques d'un système homogène

Quelles caractéristiques doit avoir un système homogène?

-Il doit avoir une seule phase matérielle (liquide, solide ou gazeuse).

-Lorsqu'il s'agit d'un mélange, ses composants doivent pouvoir former une seule phase uniforme. C'est le cas du café et du sucre. S'il y a des cristaux de sucre non dissous au fond du verre ou de la tasse, ils constituent une seconde phase.

-Ses propriétés intensives (densité, viscosité, volume molaire, point d'ébullition, etc.) doivent être les mêmes à tous les points du système. Cela vaut également pour les propriétés organoleptiques (goût, couleur, odeur, etc.). Ainsi, une meringue à saveur unique est un système homogène tant qu'elle ne comporte pas d'autre élément (comme les fruits hachés).

-Les composants de vos mélanges sont disposés dans l'espace de manière homogène et symétrique.

L'échiquier et la subjectivité

Cette dernière caractéristique peut provoquer de la confusion et des vues contradictoires.

L'échiquier (sans les pièces), par exemple, représente un point où des opinions différentes se posent à son sujet. Est-il homogène ou hétérogène? Et si les carrés noir et blanc alternent en rangées (un blanc, un noir, etc.), quelle serait la réponse dans ce scénario?

Comme les cases sont différenciées les unes des autres par la couleur, c'est la variable principale. Il existe une différence notable entre le blanc et le noir, qui alterne sur tout le plateau.

Chaque couleur représente un composant, et le mélange est homogène si leur disposition physique est orientée de manière à minimiser les différences de leurs propriétés. Par conséquent, les couleurs doivent être disposées aussi uniformément et symétriquement que possible.

De ce raisonnement, l'échiquier est homogène, car bien qu'hétérogène par rapport à ses couleurs, leur différence alterne uniformément. Alors qu'avec les couleurs affichées en lignes, les «phases noir et blanc» sont évidentes, ce qui équivaudrait à avoir deux phases et à entrer dans la définition d'un système hétérogène.

Classification

Les systèmes homogènes peuvent avoir de nombreuses classifications, qui dépendent de la branche de connaissance à laquelle ils appartiennent. En chimie, il ne suffit pas d'observer superficiellement un système, mais de trouver quelles particules le composent et ce qu'elles y font.

Solutions

Les solutions insaturées sont des mélanges ou des systèmes homogènes présents non seulement en chimie mais dans la vie quotidienne. La mer et les océans sont des masses gigantesques d'eau salée non saturée. Les molécules de solvant, généralement en phase liquide, entourent les molécules de soluté et les empêchent de s'agréger pour former un solide ou une bulle.

Presque toutes les solutions entrent dans cette classification. Alcools impurs, acides, bases, mélange de solvants organiques, solutions indicatrices ou réactifs de métaux de transition; tous contenus dans des ballons volumétriques ou des récipients en verre ou en plastique sont classés comme des systèmes homogènes.

Face à moins de formation d'une seconde phase dans l'une de ces solutions, le système n'est plus homogène.

Substances pures

L'expression «alcools impurs» a été écrite ci-dessus, en référence au fait qu'ils sont généralement mélangés avec de l'eau. Cependant, les alcools purs, ainsi que tout autre composé liquide, sont des systèmes homogènes. Cela s'applique non seulement aux liquides, mais également aux solides et aux gaz.

Parce que? Parce que quand on n'a qu'un seul type de particule dans un système, on parle de haute homogénéité. Ils sont tous identiques et la seule variation réside dans la façon dont ils vibrent ou se déplacent; mais, par rapport à ses propriétés physiques ou chimiques, il n'y a aucune différence dans aucune partie du système.

Cela signifie qu'un cube de fer pur est un système homogène car il ne contient que des atomes de fer. Si un fragment était arraché à l'un de ses sommets et que ses propriétés étaient déterminées, les mêmes résultats seraient obtenus; c'est-à-dire que l'homogénéité de ses propriétés est remplie.

S'il était impur, ses propriétés fluctueraient dans une plage de valeurs. C'est l'effet des impuretés sur le fer et sur toute autre substance ou composé.

Si, par contre, le cube de fer a des parties rouillées (rouges) et des parties métalliques (grisâtres), alors il s'agit d'un système hétérogène.

Réactions homogènes

Les réactions homogènes sont peut-être les systèmes chimiques homogènes les plus importants. En eux, tous les réactifs sont dans la même phase, notamment la phase liquide ou gazeuse. Ils se caractérisent par des contacts et des collisions moléculaires plus importants entre les réactifs.

Puisqu'il n'y a qu'une seule phase, les particules se déplacent avec plus de liberté et de vitesse. D'une part, c'est un grand avantage; Mais d'un autre côté, des produits indésirables peuvent se former ou certains réactifs se déplacent si rapidement qu'ils n'entrent pas en collision efficacement.

La réaction des gaz chauds avec l'oxygène pour créer du feu est un exemple emblématique de ce type de réaction.

Tout autre système auquel participent des réactifs avec des phases différentes, comme l'oxydation des métaux, est considéré comme une réaction hétérogène.

Méthodes de fractionnement

En principe, compte tenu de leur uniformité, il n'est pas possible de séparer les composants de systèmes homogènes par des méthodes mécaniques; et encore moins s'il s'agit d'une substance ou d'un composé pur, dont les fractionnements ses atomes élémentaires sont obtenus.

Par exemple, il est plus facile (ou plus rapide) de séparer les composants d'une pizza (système hétérogène), que ceux d'un café (système homogène). Dans le premier, il suffit d'utiliser vos mains pour retirer les ingrédients; tandis qu'avec le second, il faudra plus que des mains pour séparer le café de l'eau.

Les méthodes varient en fonction de la complexité du système et de ses phases matérielles.

Évaporation

L'évaporation consiste à chauffer une solution jusqu'à ce que le solvant s'évapore complètement, laissant le soluté se déposer. Par conséquent, cette méthode est appliquée à des systèmes homogènes liquide-solide.

Par exemple, lors de la dissolution d'un pigment dans un récipient d'eau, le système est initialement hétérogène, car les cristaux du pigment n'ont pas encore diffusé dans tout le volume. Après un certain temps, toute l'eau prend la même couleur, ce qui indique une homogénéisation.

Pour récupérer le pigment ajouté, tout le volume d'eau doit être chauffé jusqu'à ce qu'il s'évapore. Ainsi, les molécules H ₂ O augmentent leur énergie cinétique moyenne grâce à l'énergie fournie par la chaleur. Cela les conduit à s'échapper dans la phase gazeuse, laissant des cristaux de pigment au fond (et sur les parois du récipient).

La même chose se produit avec l'eau de mer, dont ses sels peuvent être extraits sous forme de pierres blanches lorsqu'ils sont chauffés.

D'autre part, l'évaporation est également utilisée pour éliminer les solutés volatils tels que les molécules gazeuses (O ₂, CO ₂, N ₂, etc.). Lorsque la solution est chauffée, les gaz commencent à se rassembler pour former des bulles dont la pression, si elle dépasse la pression externe, augmentera pour s'échapper du liquide.

Rotaévaporation

Cette méthode permet de récupérer des solvants organiques par application d'un vide. Il est très utile, en particulier lors de l'extraction d'huiles ou de graisses à partir de matières organiques.

De cette manière, le solvant peut être réutilisé pour de futures extractions. Ces expériences sont très courantes dans l'étude des huiles naturelles obtenues à partir de toute matière organique (merey, graines, fleurs, coquilles de fruits, etc.).

Distillation

La distillation permet la séparation des composants d'un système liquide-liquide homogène. Il est basé sur la différence des points d'ébullition de chaque composant (ΔT _eb); plus la différence est grande, plus il sera facile de les séparer.

Il nécessite une colonne de refroidissement qui favorise la condensation du liquide le plus volatil, qui s'écoulera ensuite dans un ballon collecteur. Le type de distillation varie en fonction des valeurs de ΔT _eb et des substances impliquées.

Cette méthode est largement utilisée lors de la purification de mélanges homogènes; comme par exemple la récupération d'un produit gazeux à partir d'une réaction homogène. Cependant, il s'applique également aux mélanges hétérogènes, comme cela se produit dans les processus de raffinage du pétrole brut pour obtenir des combustibles fossiles et d'autres produits.

Liquéfaction

Et qu'en est-il des systèmes gazeux homogènes? Ils sont composés de plus d'un type de molécules ou d'atomes gazeux, qui diffèrent par leurs structures moléculaires, leurs masses et leurs rayons atomiques.

Par conséquent, ils ont leurs propres propriétés physiques et se comportent différemment face à une augmentation de pression et une diminution de température.

Lorsque T et P varient, certains gaz ont tendance à interagir plus fortement que d'autres; avec suffisamment de force pour se condenser en une phase liquide. Si, par contre, tout le système se condense, la distillation des composants du condensat est utilisée.

Si A et B sont des gaz, par liquéfaction, ils se condensent en un mélange homogène, qui est ensuite soumis à une distillation. De cette manière, A et B purs sont obtenus dans différents récipients (tels que l'oxygène liquide et l'azote séparés).

Exemples

Des exemples supplémentaires de systèmes homogènes sont énumérés ci-dessous.

De la vie quotidienne

-Dentifrice blanc.

-Vinaigre, ainsi que de l'alcool commercial et des détergents liquides.

-Le plasma sanguin.

-L'air. Les nuages ​​peuvent également être considérés comme des systèmes homogènes, bien qu'ils contiennent en fait des micro-gouttelettes d'eau.

-Boissons alcoolisées sans glace.

-Parfums.

-Gélatines, lait et miel. Cependant, au microscope, ce sont des systèmes hétérogènes, bien qu'ils ne présentent qu'une seule phase à l'œil nu.

-Tout objet solide avec des caractéristiques uniformes visibles, telles que la couleur, la luminosité, les dimensions, etc. Par exemple, des pépites symétriques et métalliques, ou des blocs à facettes d'un minéral ou d'un sel. Les miroirs font également partie de cette gamme d'objets.

Produits chimiques

-Acier et alliages métalliques. Ses atomes métalliques sont disposés dans un arrangement cristallin où la liaison métallique participe. Si la distribution des atomes est uniforme, sans "couches" d'atomes d'un métal X ou Y.

-Toutes les solutions préparées à l'intérieur ou à l'extérieur du laboratoire.

-Hydrocarbures purs (butane, propane, cyclohexane, benzène, etc.).

-Toutes les synthèses ou productions où les réactifs ou la matière première sont en une seule phase.

Catalyse homogène

Certaines réactions sont accélérées par l'ajout de catalyseurs homogènes, qui sont des substances qui participent selon un mécanisme très spécifique à la même phase des réactifs; c'est-à-dire que dans les réactions effectuées en solution aqueuse, ces catalyseurs doivent être solubles.

En général, la catalyse homogène est très sélective, bien que peu active ou stable.

Références

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2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 septembre 2018). La différence entre les mélanges hétérogènes et homogènes. Récupéré de: thinkco.com
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