homogeneidad

La homogeneidad (de ὁμός homόs "igual" y γένεσις génesis "creación, nacimiento", por lo tanto aproximadamente: misma cualidad) denota la igualdad de una propiedad física en toda la extensión de un sistema o la similitud de elementos de un sistema. El término tiene un alcance amplio y puede contener diferentes significados en detalle. Una medida o método con el que un material o sistema se homogeneiza o se aumenta su homogeneidad se denomina homogeneización.

Contrarios a la homogeneidad

Homogéneo, heterogéneo, no homogéneo

Lo que no es homogéneo se llama no homogéneo o heterogéneo .

Por lo general, se hace una distinción entre estos dos términos, el uso de la palabra varía un poco.

Un cuerpo hecho de material uniforme, pero con una densidad que varía de un lugar a otro , por ejemplo, se denomina no homogéneo.
Heterogéneo (dos o más fases), por otro lado, es un cuerpo formado por componentes macroscópicamente diferentes, como una losa de hormigón con refuerzo de acero.

En la figura, las diferencias en homogeneidad, heterogeneidad e inhomogeneidad se muestran gráficamente de izquierda a derecha.

física

En física , la materia , vista atómicamente, fundamentalmente no es homogénea, ya que los componentes básicos de la materia no tienen un relleno espacial uniforme . Incluso en el propio átomo, la distribución de masa y carga no es homogénea, ya que se distribuye de manera desigual entre el núcleo atómico y la capa atómica . Si los átomos o moléculas se distribuyen aproximadamente uniformemente (no necesariamente con la regularidad de una red cristalina , pero sin fluctuaciones macroscópicas de un lugar a otro), entonces la materia es homogénea desde un punto de vista práctico .

El término también se aplica a los campos . Un campo, p. Ej. B. un campo magnético se denomina homogéneo si la intensidad del campo es la misma en todos los lugares; de lo contrario, no es homogénea. Los campos homogéneos se caracterizan por líneas de campo rectas, paralelas y uniformemente distribuidas . Cuando se trata de campos de gradiente , las superficies equipotenciales son planos paralelos que son penetrados en ángulo recto por las líneas de campo. Mientras que los dipolos están alineados y atraídos por campos no homogéneos, los campos homogéneos ejercen momentos de alineación en los dipolos, pero no fuerzas de atracción. Ejemplos de campos aproximadamente homogéneos son:

El campo eléctrico en un condensador de placas .
El campo magnético en una bobina larga .
El campo gravitacional en la superficie de la tierra, siempre que las dimensiones de la configuración experimental sean muy pequeñas en comparación con la tierra.

Después de todo, en física teórica se habla de homogeneidad del espacio cuando se quiere expresar que las leyes físicas son invariables a la traducción . De esto se sigue, según el teorema de Noether , que la cantidad de movimiento es una cantidad conservada .

Dependencia de la escala de tamaño

Un ejemplo de materia heterogénea a nivel microscópico pero que parece homogénea a nivel macroscópico es la leche . Se puede hacer una distinción microscópica entre las áreas de la leche que contienen grasa y las que contienen agua . Y aunque los dos no pueden mezclarse, ambas áreas son tan pequeñas que, vistas macroscópicamente, parecen distribuidas homogéneamente. No obstante, en tales mezclas puede ocurrir que sus componentes se separen con el tiempo y, en el caso de la leche, ya no parezca macroscópicamente homogénea, ya que sus zonas acuosas son claramente distintas de sus zonas grasas (nata). Para evitar esta segregación o separación, puede, por. B. con la ayuda de la homogeneización para una distribución uniforme de la grasa y el agua incluso después de un largo período de tiempo.

En química , las sustancias homogéneas son sustancias puras o mezclas homogéneas , que también incluyen soluciones .

Significado de sustancias homogéneas

La extracción de materias primas o productos intermedios suficientemente homogéneos para la industria, como en la fabricación de diversos componentes semiconductores en la industria moderna de la electrónica y la informática, es uno de los problemas clave del desarrollo científico y técnico . A menudo requiere mucho esfuerzo (especialmente al extraer sustancias puras y / o reducir sus tolerancias de error).

Consecuencias de la homogeneidad química

La materia homogénea tiene la misma densidad y composición en todas partes . Cuando está en un recipiente grande con una sustancia homogénea, p. Ej. B. con un gas , _se considera un subconjunto V ₁ en un punto , entonces éste contiene la misma cantidad de sustancia que un subconjunto con el mismo volumen V ₁ en otro punto. Si divide la cantidad total de sustancia en dos volúmenes iguales, cada uno de ellos contiene la misma cantidad de sustancia (en este caso, la mitad del original). Sigue:

Para sustancias homogéneas a presión y temperatura constantes , la cantidad de sustancia es proporcional al volumen, o viceversa:

El volumen V de sustancias homogéneas está a presión constante py la temperatura constante T es proporcional a la cantidad de sustancia n .

Para T = const yp = const se aplica lo siguiente:

{\ Displaystyle V \ sim n \ qquad {\ frac {V} {n}} = {\ text {const}} \ qquad {\ frac {V_ {1}} {n_ {1}}} = {\ frac { V_ {2}} {n_ {2}}}}

.

Estas leyes se aplican a todas las sustancias homogéneas siempre que la temperatura y la presión permanezcan sin cambios, incluidos los gases ideales para los que se aplica la ecuación térmica de estado de los gases ideales . El cociente se llama volumen molar , el cociente es la concentración . Las relaciones antes mencionadas también son la base de la volumetría . ${\ Displaystyle {\ tfrac {V} {n}} = V_ {m}}$ ${\ Displaystyle {\ tfrac {n} {V}} = c}$