Sobresaturowane właściwości roztworu, sposób jego przygotowania i przykłady

The przesycony roztwór to taki, w którym rozpuszczalnik rozpuścił więcej substancji rozpuszczonej niż może rozpuszczać się w równowadze nasycenia. Wszystkie mają wspólny bilans nasycenia, z tą różnicą, że w niektórych rozwiązaniach osiąga się to przy niższych lub wyższych stężeniach substancji rozpuszczonej.

Substancja rozpuszczona może być substancją stałą, taką jak cukier, skrobia, sole itp .; lub gaz, taki jak CO₂ w napojach gazowanych. Stosując rozumowanie molekularne, cząsteczki rozpuszczalnika otaczają cząsteczki substancji rozpuszczonej i starają się otworzyć przestrzeń między sobą, aby pomieścić większą ilość substancji rozpuszczonej.

Nadchodzi zatem czas, kiedy powinowactwo rozpuszczalnika do rozpuszczalnika nie może pokonać braku przestrzeni, ustanawiając równowagę nasycenia między kryształem i jego otoczeniem (roztworem). W tym momencie nie ma znaczenia, ile kryształów są mielone lub mieszane: rozpuszczalnik nie może już rozpuszczać więcej substancji rozpuszczonej.

Jak „zmusić” rozpuszczalnik do rozpuszczenia się bardziej rozpuszczonego? Poprzez wzrost temperatury (lub ciśnienia, w przypadku gazów). W ten sposób drgania molekularne rosną i kryształ zaczyna dawać więcej swoich cząsteczek do roztworu, aż do całkowitego rozpuszczenia; to tutaj mówi się, że rozwiązanie jest przesycone.

Górny obraz pokazuje przesycony roztwór octanu sodu, którego kryształy są produktem przywracania równowagi nasycenia.

Indeks

• 1 Aspekty teoretyczne
  • 1.1 Nasycenie
  • 1.2 Nadmierne nasycenie
• 2 Charakterystyka
• 3 Jak to jest przygotowane?
• 4 Przykłady i zastosowania
• 5 referencji 

Aspekty teoretyczne

Nasycenie

Roztwory mogą być tworzone przez kompozycję, która obejmuje stany materii (ciało stałe, ciecz lub gaz); jednak zawsze mają jedną fazę.

Gdy rozpuszczalnik nie może całkowicie rozpuścić substancji rozpuszczonej, w konsekwencji obserwuje się inną fazę. Fakt ten odzwierciedla równowagę nasycenia; Ale o co chodzi w tej równowadze??

Jony lub cząsteczki wchodzą w interakcje, tworząc kryształy, występujące bardziej prawdopodobne, ponieważ rozpuszczalnik nie może ich dłużej rozdzielać.

Na powierzchni szkła jego składniki zderzają się, aby się do niego przylegać, lub mogą być również otoczone cząsteczkami rozpuszczalnika; trochę odejść, inni się trzymają. Powyższe można przedstawić za pomocą następującego równania:

Solidne <=> rozpuszczone ciało stałe

W rozcieńczonych roztworach „równowaga” jest bardzo przesunięta w prawo, ponieważ między cząsteczkami rozpuszczalnika jest dużo miejsca. Z drugiej strony, w stężonych roztworach rozpuszczalnik może nadal rozpuszczać substancję rozpuszczoną, a ciało stałe, które dodaje się po mieszaniu, rozpuszcza się.

Po osiągnięciu równowagi cząstki substancji stałej dodaje się, gdy tylko rozpuszczą się w rozpuszczalniku, a inne w roztworze muszą „wydostać się” do otwartej przestrzeni i umożliwić ich wprowadzenie do fazy ciekłej. Zatem substancja rozpuszczona przechodzi z fazy stałej do fazy ciekłej z tą samą prędkością; gdy tak się dzieje, mówi się, że rozwiązanie jest nasycone.

Przesycenie

Aby wymusić równowagę do rozpuszczenia bardziej stałej, faza ciekła musi otworzyć przestrzeń molekularną, a do tego konieczne jest jej energiczne stymulowanie. Powoduje to, że rozpuszczalnik dopuszcza więcej substancji rozpuszczonej niż zwykle w temperaturze otoczenia i warunkach ciśnienia.

Po zaprzestaniu dostarczania energii do fazy ciekłej przesycony roztwór pozostaje metastabilny. Dlatego przed jakimkolwiek zaburzeniem może przerwać równowagę i zapoczątkować krystalizację nadmiaru substancji rozpuszczonej aż do osiągnięcia równowagi równowagi nasycenia.

Na przykład, jeśli substancja rozpuszczona jest bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie, pewna jej ilość jest dodawana, aż substancja stała nie może się rozpuścić. Następnie ciepło doprowadza się do wody, aż pozostała substancja stała rozpuści się. Przesycony roztwór usuwa się i pozostawia do ostygnięcia.

Jeśli chłodzenie jest bardzo nagłe, krystalizacja nastąpi natychmiast; na przykład dodanie niewielkiej ilości lodu do przesyconego roztworu.

Ten sam efekt można również zaobserwować, jeśli kryształ rozpuszczalnego związku został wrzucony do wody. Służy to jako wsparcie nukleacji dla rozpuszczonych cząstek. Kryształ rośnie przez gromadzenie cząstek medium, aż faza ciekła zostanie ustabilizowana; to znaczy, dopóki roztwór nie zostanie nasycony.

Funkcje

W roztworach przesyconych przekroczono limit, w którym ilość substancji rozpuszczonej nie jest już rozpuszczana przez rozpuszczalnik; dlatego ten typ roztworów ma nadmiar substancji rozpuszczonej i ma następujące cechy:

-Mogą istnieć ze swoimi składnikami w jednej fazie, jak w roztworach wodnych lub gazowych, lub występować jako mieszanina gazów w ciekłym ośrodku.

-Po osiągnięciu stopnia nasycenia rozpuszczona substancja, która nie jest rozpuszczona, krystalizuje się lub wytrąca (tworzy niezorganizowany stały, zanieczyszczony i bez standardów strukturalnych) z łatwością w roztworze.

-To niestabilne rozwiązanie. Gdy nadmiar nierozpuszczonej substancji rozpuszczonej wytrąca się, powstaje wydzielanie ciepła, które jest proporcjonalne do ilości osadu. To ciepło jest generowane przez lokalny szok lub in situ cząsteczek, które krystalizują. Ponieważ jest stabilizowany, musi koniecznie uwalniać energię w postaci ciepła (w tych przypadkach).

-Niektóre właściwości fizyczne, takie jak rozpuszczalność, gęstość, lepkość i współczynnik załamania, zależą od temperatury, objętości i ciśnienia, jakim poddawany jest roztwór. Z tego powodu ma inne właściwości niż ich odpowiednie roztwory nasycone.

Jak to jest przygotowane?

W przygotowaniu roztworów występują zmienne, takie jak rodzaj i stężenie substancji rozpuszczonej, objętość rozpuszczalnika, temperatura lub ciśnienie. Modyfikując dowolną z nich można przygotować przesycone roztwór z nasyconego.

Gdy roztwór osiągnie stan nasycenia i jedna z tych zmiennych zostanie zmodyfikowana, wówczas można uzyskać przesycony roztwór. Na ogół preferowaną zmienną jest temperatura, chociaż może to być także ciśnienie.

Jeśli przesycony roztwór jest poddawany powolnemu parowaniu, cząstki stałe zostają znalezione i mogą tworzyć lepki roztwór lub cały kryształ.

Przykłady i zastosowania

-Istnieje wiele różnych soli, dzięki którym można uzyskać przesycone roztwory. Były używane przez długi czas na poziomie przemysłowym i komercyjnym i były przedmiotem licznych badań. Pomiędzy aplikacjami wyróżniają się roztwory siarczanu sodu i wodne roztwory dwuchromianu potasu.

-Przesycone roztwory utworzone przez roztwory cukrowe, takie jak miód, są innymi przykładami. Z nich są przygotowane cukierki lub syropy, mające istotne znaczenie w przemyśle spożywczym. Godne uwagi jest również zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym w przygotowywaniu niektórych leków.

Referencje

1. The Chemistry Companion for Middle Science Teachers. Rozwiązania i koncentracja. [PDF] Źródło: 7 czerwca 2018 r. Z: ice.chem.wisc.edu
2. K. Taimni. (1927). Lepkość roztworów przesyconych. Ja. The Journal of Physical Chemistry32(4), 604-615 DOI: 10,1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokolowski i K. Sangwal. (1985). Niektóre właściwości fizyczne nasyconych, przesyconych i nienasyconych wodnych roztworów dwuchromianu potasu. Journal of Chemical & Data Engineering30(3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Przesycenie. Źródło: 8 czerwca 2018, z: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Roberts, Anna. (24 kwietnia 2017 r.). Jak zrobić przesycone rozwiązanie. Nauka. Źródło: 8 czerwca 2018 r. Z: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Rozwiązanie przesycone. Źródło: 8 czerwca 2018, z: chemistry.tutorvista.com  
7. Neda Glisovic. (25 maja 2015). Kristalizacija. [Rysunek] Pobrano 8 czerwca 2018 r. Z: commons.wikimedia.org