Homogenität


Homogenität

Homogenität (griech.: homo- von (ὁμοῖος/ὅμοιος) homoios gleich; -gen beschaffen, von (γίγνομαι) gígnomai entstehen; homogenos: von gleich entstandener, also gleicher Beschaffenheit) bezeichnet die Gleichheit einer Eigenschaft über die gesamte Ausdehnung eines Systems, bzw. die Gleichartigkeit von Objekten, Erscheinungen, Elementen eines Systems.

Schematische Darstellung von homogen und inhomogen

Bei der betrachteten Eigenschaft kann es sich um irgendeine Eigenschaft handeln (mathematisches Attribut, physikalische Eigenschaft, soziale Kenngröße, etc.). Daher besitzt der Begriff der Homogenität einen weit gefächerten Anwendungsbereich und kann konkret unterschiedliche Bedeutungen enthalten, die sich jedoch auf eine Gleichheit irgendeiner Eigenschaft innerhalb eines Systems zurückführen.

In der Physik ist Materie auf atomarer Ebene grundsätzlich nicht homogen, da die Bausteine der Materie keine gleichmäßige Raumfüllung aufweisen. Schon im Atom selbst ist die Masse- und Ladungsverteilung nicht homogen, da sie sich ungleich auf den Atomkern und die Atomhülle verteilt. Wenn diese Bausteine jedoch annähernd gleichmäßig (also nicht notwendigerweise mit der Regelmäßigkeit eines Kristallgitters, sondern lediglich ohne makroskopische Schwankungen) verteilt sind, erscheint die Materie praktisch homogen, andernfalls inhomogen bzw. heterogen.

Ein Beispiel für Materie, die auf mikroskopischer Ebene heterogen ist, makroskopisch betrachtet dagegen homogen erscheint, ist Milch. Mikroskopisch sind in der Milch Bereiche zu unterscheiden, die Fett enthalten, sowie solche, die Wasser enthalten. Und obwohl beide sich nicht vermischen können, sind beide Bereiche so klein, dass sie makroskopisch betrachtet homogen verteilt erscheinen. Gleichwohl kann es in solchen Gemischen passieren, dass sich ihre Anteile mit der Zeit entmischen bzw. separieren und im Fall der Milch diese auch makroskopisch nicht mehr homogen erscheint, da ihre wässrigen Bereiche sich klar von ihren fettreichen Bereichen (Sahne) unterscheiden. Um diese Entmischung bzw. Separation zu verhindern, kann man z.B. mit Hilfe des sogen. Homogenisierens für eine auch nach längerer Zeit noch gleichmäßige Verteilung von Fett und Wasser sorgen.

In der Chemie sind homogene Stoffe entweder Reinstoffe oder homogene Gemische, die man auch Lösungen nennt.

Bedeutung homogener Stoffe

Die Gewinnung hinreichend homogener Ausgangsmaterialien und/oder Zwischenprodukte für die Industrie, z.B bei der Herstellung der diversen Halbleiterkomponenten der modernen Elektronik- und Computerindustrie, gehört zu den Schlüsselproblemen der wissenschaftlich-technischen Entwicklung, deren Lösung (vor allem bei der Gewinnung von Reinststoffen und/oder der Verringerung ihrer Fehlertoleranzen) einen oft hohen materiellen und ideellen Aufwand erfordert.

Folgen der chemischen Homogenität

Homogene Materie hat überall die gleiche Dichte und Zusammensetzung. Wenn in einem großen Behälter mit einem homogenen Stoff, z. B. mit einem Gas, an einer Stelle eine Teilmenge V1 eingeschlossen wird, so enthält diese dieselbe Stoffmenge wie eine Teilmenge mit demselben Volumen V1 an anderer Stelle. Teilt man die gesamte Stoffmenge auf zwei gleichgroße Volumina auf, so enthalten sie die jeweils gleichgroße Stoffmenge (in diesem Fall jeweils die Hälfte der ursprünglichen). Daraus folgt:

Die Stoffmenge ist für homogene Substanzen bei gleich bleibendem Druck und gleich bleibender Temperatur proportional zum Volumen, oder umgekehrt:

Das Volumen homogener Substanzen ist bei gleich bleibendem Druck p und gleich bleibender Temperatur T proportional zur Stoffmenge.

Für T = const und p = const gilt also:

V \sim n \qquad \qquad {V \over n} = \mbox{const} \qquad \qquad {V_1 \over n_1}= {V_2 \over n_2}.

Diese Gesetze gelten für alle homogenen Stoffe, solange Temperatur und Druck unverändert bleiben, einschließlich für ideale Gase, für die die Ideale Gasgleichung gilt. Der Quotient  {V \over n} = V_m heißt Molvolumen, der Quotient  {n \over V} = c ist die Konzentration. Die genannten Beziehungen sind auch die Grundlage der Volumetrie.

Für homogene Substanzen gelten auch die Beziehungen

V \sim m \qquad \qquad {m \over V} = \rho,

siehe Dichte.

Siehe auch

Wiktionary Wiktionary: homogen – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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