ПЕРЕНАСЫЩЕННЫЙ РАСТВОР: ХАРАКТЕРИСТИКА, ПРИГОТОВЛЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Пересыщенный раствор является тот , в котором растворитель растворится больше , чем растворенного вещества он может растворять в равновесии насыщения. Все они имеют общее равновесие насыщения, с той разницей, что в некоторых растворах это достигается при более низких или более высоких концентрациях растворенного вещества.

Растворенным веществом может быть твердое вещество, такое как сахар, крахмал, соли и т.д .; или из газа, такого как CO ₂ в газированных напитках. Применяя молекулярные рассуждения, молекулы растворителя окружают молекулы растворенного вещества и стремятся освободить пространство между собой, чтобы удерживать больше растворенного вещества.

Таким образом, наступает время, когда сродство растворителя к растворенному веществу не может преодолеть недостаток пространства, устанавливая равновесие насыщения между кристаллом и его окружением (раствором). На этом этапе не имеет значения, насколько кристаллы измельчаются или встряхиваются: растворитель больше не может растворять растворенное вещество.

Как «заставить» растворитель растворить больше растворенного вещества? За счет повышения температуры (или давления в случае газов). Таким образом, молекулярные колебания усиливаются, и кристалл начинает отдавать больше своих молекул растворению, пока не растворится полностью; это когда раствор считается пересыщенным.

На верхнем изображении показан перенасыщенный раствор ацетата натрия, кристаллы которого являются продуктом восстановления равновесия насыщения.

Теоретические аспекты

Насыщенность

Растворы могут состоять из состава, который включает состояния вещества (твердое, жидкое или газообразное); однако у них всегда одна фаза.

Когда растворитель не может полностью растворить растворенное вещество, как следствие, наблюдается другая фаза. Этот факт отражает баланс насыщенности; Но что это за баланс?

Ионы или молекулы взаимодействуют с образованием кристаллов, что более вероятно, поскольку растворитель больше не может разделять их.

На поверхности стекла его компоненты сталкиваются, чтобы прилипнуть к нему, или они также могут окружать себя молекулами растворителя; некоторые оторвались, некоторые прилипли. Сказанное выше может быть представлено следующим уравнением:

Твердое <=> растворенное твердое вещество

В разбавленных растворах «равновесие» находится очень далеко вправо, потому что между молекулами растворителя доступно очень много места. С другой стороны, в концентрированных растворах растворитель все еще может растворять растворенное вещество, а твердое вещество, добавленное после перемешивания, растворяется.

По достижении равновесия частицы добавленного твердого вещества, как только они растворятся в растворителе, а другие в растворе должны «выйти» в открытое пространство и позволить их включению в жидкую фазу. Таким образом, растворенное вещество перемещается из твердой фазы в жидкую с одинаковой скоростью; когда это происходит, говорят, что раствор насыщен.

Перенасыщение

Чтобы привести равновесие к растворению более твердой фазы, жидкая фаза должна открывать молекулярное пространство, а для этого необходимо стимулировать его энергично. Это заставляет растворитель пропускать больше растворенных веществ, чем обычно в условиях окружающей температуры и давления.

Когда вклад энергии в жидкую фазу прекращается, пересыщенный раствор остается метастабильным. Следовательно, в случае любого нарушения он может нарушить свое равновесие и вызвать кристаллизацию избытка растворенного вещества, пока оно снова не достигнет равновесия насыщения.

Например, если растворенное вещество хорошо растворяется в воде, его добавляют определенное количество до тех пор, пока твердое вещество не перестанет растворяться. Затем воду нагревают до тех пор, пока не будет гарантировано растворение оставшегося твердого вещества. Перенасыщенный раствор удаляют и дают ему остыть.

Если охлаждение будет очень резким, кристаллизация произойдет мгновенно; например, добавив немного льда в перенасыщенный раствор.

Тот же эффект можно было наблюдать, если бросить кристалл растворимого соединения в воду. Это служит опорой для зародышеобразования растворенных частиц. Кристалл растет, накапливая частицы среды, пока жидкая фаза не стабилизируется; то есть до насыщения раствора.

характеристики

В перенасыщенных растворах был превышен предел, при котором количество растворенного вещества больше не растворяется растворителем; следовательно, этот тип раствора имеет избыток растворенного вещества и имеет следующие характеристики:

-Они могут существовать вместе со своими компонентами в одной фазе, например, в водных или газообразных растворах, или присутствовать в виде смеси газов в жидкой среде.

-По достижении степени насыщения растворенное вещество, которое не растворяется, будет легко кристаллизоваться или выпадать в осадок (образует неорганизованное твердое вещество, нечистое и без структурных структур) в растворе.

-Это нестабильное решение. Когда осаждается избыток нерастворенных растворенных веществ, происходит выделение тепла, пропорциональное количеству выпавшего осадка. Это тепло генерируется локальным или in situ столкновением кристаллизующихся молекул. Поскольку он стабилизируется, он обязательно должен выделять энергию в виде тепла (в этих случаях).

-Некоторые физические свойства, такие как растворимость, плотность, вязкость и показатель преломления, зависят от температуры, объема и давления, которым подвергается раствор. По этой причине он имеет другие свойства, чем соответствующие насыщенные растворы.

Как ты готовишься?

При приготовлении растворов существуют переменные, такие как тип и концентрация растворенного вещества, объем растворителя, температура или давление. Изменяя любой из них, можно приготовить перенасыщенный раствор из насыщенного.

Когда раствор достигает состояния насыщения и одна из этих переменных изменяется, тогда может быть получен перенасыщенный раствор. Обычно предпочтительной переменной является температура, хотя это также может быть давление.

Если перенасыщенный раствор подвергается медленному испарению, частицы твердого вещества встречаются и могут образовывать вязкий раствор или целый кристалл.

Примеры и приложения

-Существует большое разнообразие солей, с помощью которых можно получить перенасыщенные растворы. Они долгое время использовались в промышленных и коммерческих целях и были предметом обширных исследований. Применения включают растворы сульфата натрия и водные растворы дихромата калия.

- Другими примерами являются перенасыщенные растворы, образованные сахарными растворами, такими как мед. Из них готовят конфеты или сиропы, имеющие жизненно важное значение в пищевой промышленности. Следует отметить, что они также применяются в фармацевтической промышленности при приготовлении некоторых лекарств.

Ссылки

1. Компаньон по химии для учителей естественных наук в средней школе. Растворы и концентрация. . Получено 7 июня 2018 г. с сайта ice.chem.wisc.edu.
2. К. Таймни. (1927). Вязкость пересыщенных растворов. Я. Журнал физической химии 32 (4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokolowski и K. Sangwal. (1985). Некоторые физические свойства насыщенных, пересыщенных и ненасыщенных водных растворов бихромата калия. Журнал химических и технических данных 30 (3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Перенасыщение. Получено 8 июня 2018 г. с: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation.
5. Робертс, Анна. (24 апреля 2017 г.). Как приготовить перенасыщенный раствор. Наука. Получено 8 июня 2018 г. с: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Перенасыщенный раствор. Получено 8 июня 2018 г. с: chemistry.tutorvista.com
7. Неда Глисович. (25 мая 2015 г.). Kristalizacija. . Получено 8 июня 2018 г. с: commons.wikimedia.org.