Soluzione superaturata

Cos'è una soluzione sovrasaturata?

IL Soluzione superaturata È quello in cui il solvente si è sciolto più soluto di quanto possa dissolversi nell'equilibrio di saturazione. Tutti hanno in comune bilanciamento della saturazione, con la differenza che in alcune soluzioni è raggiunto a concentrazioni più basse o più alte di soluto.

Il soluto può essere un solido, come zucchero, amido, sali, ecc.; o un gas, come CO₂ In bevande gassate. Applicando un ragionamento molecolare, le molecole di solvente circondano quelle del soluto e cercano di aprire lo spazio tra loro per ospitare più soluto.

Pertanto, arriva un momento in cui l'affinità del solvente non può superare la mancanza di spazio, stabilendo l'equilibrio di saturazione tra il vetro e l'ambiente circostante (la soluzione). A questo punto, non importa quanto i cristalli vengano coltivati ​​o agitati: il solvente non può più dissolvere più soluto.

Come "forzare" il solvente per sciogliere più soluto? Attraverso un aumento della temperatura (o pressione, nel caso dei gas). In questo modo, le vibrazioni molecolari aumentano e il cristallo inizia a dare più delle sue molecole alla soluzione, fino a quando non viene completamente sciolta; Questo è quando si dice che la soluzione è sovrasaturata.

Nell'immagine superiore viene mostrata una soluzione supersatura di acetato di sodio, i cui cristalli sono il prodotto di reinstallazione della saturazione.

Aspetti teorici

Saturazione

Le soluzioni possono essere realizzate in una composizione che include gli stati della materia (solido, liquido o gassoso); Tuttavia, hanno sempre una singola fase.

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Quando il solvente non può dissolvere completamente il soluto, si osserva un'altra fase. Questo fatto riflette l'equilibrio di saturazione; Ma di cosa si tratta?

Gli ioni o le molecole interagiscono per formare cristalli, che si verificano più probabilità poiché il solvente non può tenerli rimossi più a lungo.

Sulla superficie del vetro, i suoi componenti si scontrano per aderire all'EST o possono anche essere circondati da molecole di solvente; Alcuni se ne vanno, altri aderiscono. Quanto sopra può rappresentare con la seguente equazione:

Solido solido disciolto

Nelle soluzioni diluite, "equilibrio" è molto sfollato a destra, perché c'è molto spazio disponibile tra le molecole di solvente. D'altra parte, nelle soluzioni concentrate il solvente può dissolvere il soluto e il solido che viene aggiunto dopo un'agitazione si dissolverà.

Una volta raggiunto l'equilibrio, le particelle solide aggiunte non appena si dissolvono nel solvente e altri, in soluzione, devono "lasciarsi" per aprire lo spazio e consentire la loro incorporazione nella fase liquida. Pertanto, il soluto va e proviene dalla fase solida alla fase liquida alla stessa velocità; Quando ciò accade si dice che la soluzione sia satura.

Supeaturation

Per forzare l'equilibrio alla dissoluzione di più solido, la fase liquida deve aprire lo spazio molecolare e per questo è necessario stimolarlo energia. Questo fa sì che il solvente ammetta più soluto di quanto non possa normalmente in condizioni di temperatura e pressione.

Il contributo energetico alla fase liquida è cessato, la soluzione supersaturata è mantenuta metastabile. Pertanto, prima di qualsiasi disturbo può rompere l'equilibrio e originare la cristallizzazione del soluto in eccesso fino a quando il bilanciamento della saturazione raggiunge nuovamente.

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Ad esempio, dato un soluto solubile in acqua, viene aggiunta una certa quantità fino a quando il solido non può dissolvere. Quindi il calore viene applicato sull'acqua, per garantire lo scioglimento del solido rimanente. La soluzione sovrasaturata viene rimossa e lasciata raffreddare.

Se il raffreddamento è molto brusco, la cristallizzazione si verificherà istantaneamente; Ad esempio, aggiungere un po 'di ghiaccio alla soluzione supersaturata.

Lo stesso effetto potrebbe anche essere osservato se un bicchiere del composto solubile fosse gettato in acqua. Questo funge da supporto per la nucleazione per le particelle disciolte. Il cristallo cresce accumulando le particelle dal mezzo fino a quando la fase liquida non viene stabilizzata; cioè, fino a quando la soluzione è satura.

Caratteristiche delle soluzioni sovrasaturate

Nelle soluzioni sovrasaturate, il limite è stato superato in cui la quantità di soluto non viene più sciolta dal solvente; Pertanto, questo tipo di soluzioni ha un eccesso di soluto e presenta le seguenti caratteristiche:

• Possono esistere con i suoi componenti in un'unica fase, come in soluzioni acquose o soda o presenti come miscela di gas in un mezzo liquido.
• Quando si raggiunge il grado di saturazione, il soluto che non è disciolto si cristallizza o precipiterà (forma un disorganizzato, impuro e senza schemi strutturali) con facilità nella soluzione.
• È una soluzione instabile. Quando i precipitati del soluto in eccesso non sono stati sondati, c'è un rilascio di calore proporzionale alla quantità di precipitato. Questo calore è generato dallo scontro locale o Sul posto delle molecole che si cristallizzano. Poiché è stabilizzato, deve necessariamente rilasciare energia sotto forma di calore (in questi casi).
• Alcune proprietà fisiche come solubilità, densità, viscosità e indice di rifrazione dipendono dalla temperatura, dal volume e dalla pressione a cui è soggetta la soluzione. Per questo motivo ha proprietà diverse per le rispettive soluzioni sature.

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Com'è preparato?

Ci sono variabili nella preparazione di soluzioni, come il tipo e la concentrazione del soluto, il volume di solvente, temperatura o pressione. Modificare uno di questi può preparare una soluzione sovrasatura da un saturo.

Quando la soluzione raggiunge uno stato di saturazione e una di queste variabili viene modificata, è quindi possibile ottenere una soluzione supersaturata. In generale, la variabile preferita è la temperatura, sebbene la pressione possa anche essere.

Se una soluzione sovrasaturata subisce un'evaporazione lenta, vengono trovate le particelle solide e possono formare una soluzione viscosa o un intero cristallo.

Esempi e applicazioni

-Esiste un'ampia varietà di sali con cui è possibile ottenere soluzioni sovrasaturate. Sono stati usati per molto tempo a livello industriale e commerciale e sono stati soggetti a numerose indagini. Tra le applicazioni ci sono soluzioni di solfato di sodio e soluzioni acquose di bicromato di potassio.

-Le soluzioni superature formate da soluzioni zuccherate, come il miele, sono altri esempi. Da questi caramelle o sciroppi sono preparati, avendo un'importanza vitale nell'industria alimentare. Dovrebbe anche essere notato nell'industria farmaceutica nella preparazione di alcuni farmaci.