Sistemas Homogêneos: o que são, como identificá-los e principais características

Na natureza é possível encontrar muitas misturas químicas, estando os componentes na mesma fase ou em fases distintas. As misturas que apresentam todos os componentes no mesmo estado físico são chamadas de sistemas homogêneos e apresentam grandes aplicações em nosso cotidiano. Ressalta-se que esses sistemas são conhecidos pela sua uniformidade de características e propriedades.

Equilíbrio químico homogêneo

Muitas reações químicas se processam em dois sentidos, isto é, os reagentes gerando os produtos (reação direta) e por sua vez os produtos interagindo e voltando ao estado inicial de reagentes (reação inversa). 

Quando a velocidade da reação direta se iguala a velocidade da reação inversa, pode-se dizer que o sistema se encontra em equilíbrio químico dinâmico. Vale a pena salientar que quando um sistema entra em equilíbrio dinâmico, a reação não irá cessar, o que ocorre é que a taxa de formação de produto da reação direta se iguala a taxa de formação dos produtos da reação inversa.

Quando as substâncias envolvidas na mistura se encontram no mesmo estado físico dá-se o nome de equilíbrio químico homogêneo em contrapartida, se os envolvidos na reação estiverem em estados físicos distintos, chama-se de equilíbrio químico heterogêneo.

Características de um Sistema Homogêneo 

Ao saber o que são sistemas homogêneos, é de suma importância entender as características principais desse tipo de sistema. Uma das características fundamentais é que todos os componentes estejam no mesmo estado físico, por exemplo, se o sistema for sólido, para se configurar homogêneo, todos os componentes devem ser sólidos. Quando o sistema homogêneo é feito por uma mistura de substâncias, não deve-se ter diferentes concentrações em partes do sistema, ou seja, é necessário que a concentração das substâncias seja a mesma em toda a extensão do sistema estudado. 

Assim como a concentração, as propriedades intensivas como a densidade, viscosidade, ponto de ebulição e volume molar devem ser iguais em todo o sistema homogêneo estudado. Vale salientar que as propriedades organolépticas presentes na matéria também devem ser uniformemente distribuídas em todo o sistema. 

Classificação de um Sistema Homogêneo

Os sistemas homogêneos podem ser classificados de acordo com a sua composição e existem duas classes principais: as substâncias puras e as dissoluções. 

As substâncias puras são sistemas homogêneos compostos por uma única espécie, podendo ser subclassificada em simples, quando é formada por um único tipo de elemento e composta quando é formada por diferentes elementos químicos. A água (H2O) é um exemplo de substância pura composta enquanto o gás hidrogênio (H2) é um exemplo de substância pura simples. 

As dissoluções são sistemas homogêneos formados por dois ou mais componentes. Esse tipo de sistema também pode ser chamado de solução e apresenta grandes diversidades na natureza, podendo ser encontrada no estado sólido como as ligas metálicas, no estado líquido como na água do mar (mistura água + sal de cozinha) e no estado gasoso como no ar atmosférico (mistura entre Argônio, O2 e N2).

Reações homogêneas

As reações homogêneas são os sistemas reacionais em que todos com componentes (reagentes e produtos) estão no mesmo estado físico. Nessas reações observam-se algumas características peculiares. As substâncias envolvidas nas reações homogêneas são altamente miscíveis, ou seja, elas conseguem se misturar de maneira muito bem uniforme. Ressalta-se que, durante uma reação homogênea, as propriedades do meio reacional podem ser modificadas, isso se dá pelo impacto da formação dos produtos. 

Métodos de fracionamento

Como foi visto, os sistemas homogêneos apresentam uma grande uniformidade, desse modo separar os seus componentes se torna uma tarefa que exige a utilização de técnicas específicas como a evaporação, evaporação rotacional, liquefação e destilação. 

A evaporação baseia-se na diferença de ponto de ebulição entre os componentes do sistema. Nesse processo, é feito o aquecimento até que o solvente (componente mais volátil) evapore, restando apenas os componentes sedimentados. 

A evaporação rotacional utiliza-se de um processo semelhante à evaporação. Contudo, o sistema é colocado em um evaporador rotacional no qual é feito vácuo. Esse procedimento é muito comum em laboratórios de química para estudo de óleos naturais extraídos de matérias orgânicas. A rotação aplicada torna o processo mais rápido e possibilita a coleta do solvente ao final do processo. 

A liquefação é um processo em que através do resfriamento pode-se separar os componentes do sistema homogêneo e é muito aplicado em separações de componentes gasosos. 

A destilação é um processo de separação muito eficaz para sistemas homogêneos onde os componentes apresentam diferenças significativas no ponto de ebulição. Ressalta-se que através da destilação chamada de fracionada é possível separar componentes com temperaturas de ebulição bem próximas.

Sistemas homogêneos no Enem

É comum encontrar questões sobre sistemas homogêneos no Enem, pois esse assunto abrange as reações homogêneas que participam de equilíbrio químico. Para que o candidato não apresente dificuldades na resolução de questões desse assunto é de suma importância o entendimento sobre os mais diferentes tipos de equilíbrio, incluindo os que envolvem o estudo do pH das soluções.

(ENEM 2016) 

Nos anos 1990, verificou-se que o rio Potomac, situado no estado norte-americano de Maryland, tinha, em parte de seu curso, águas extremamente ácidas por receber um efluente de uma mina de carvão desativada, o qual continha ácido sulfúrico (H2SO4). Essa água, embora límpida, era desprovida de vida. Alguns quilômetros adiante, instalou-se uma fábrica de papel e celulose que emprega hidróxido de sódio (NaOH) e carbonato de sódio (Na2CO3) em seus processos. Em pouco tempo, observou-se que, a partir do ponto em que a fábrica lança seus rejeitos no rio, a vida aquática voltou a florescer. 

HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2012 (adaptado). 

A explicação para o retorno da vida aquática nesse rio é a alternativa:

a) diluição das águas do rio pelo novo efluente lançado nele. 

b) precipitação do íon sulfato na presença do efluente da nova fábrica. 

c) biodegradação do ácido sulfúrico em contato com o novo efluente descartado. 

d) diminuição da acidez das águas do rio pelo efluente da fábrica de papel e celulose.

e) volatilização do ácido sulfúrico após contato com o novo efluente introduzido no rio.

GABARITO: D