На свръхнаситен разтвор е такъв, в който разтворителят е разтворен повече разтвореното вещество, отколкото може да се разтвори при равновесие на насищане. Всички те имат общо равновесие на насищане с тази разлика, че в някои разтвори това се достига при по-ниски или по-високи концентрации на разтворени вещества.
Разтворът може да бъде твърдо вещество, като захар, нишесте, соли и т.н.; или от газ, като CO 2 в газирани напитки. Прилагайки молекулни разсъждения, молекулите на разтворителя обграждат тези на разтвореното вещество и се стремят да отворят пространство помежду си, за да задържат повече от разтвореното вещество.
По този начин идва момент, в който афинитетът на разтворител към разтворителя не може да преодолее липсата на пространство, установявайки равновесието на насищане между кристала и неговата среда (разтвора). В този момент няма значение колко кристали се смилат или разклащат - разтворителят вече не може да разтвори повече разтворими вещества.
Как да "принудим" разтворителя да разтвори повече разтворени вещества? Чрез повишаване на температурата (или налягане, в случай на газове). По този начин молекулните вибрации се увеличават и кристалът започва да отделя повече от молекулите си до разтваряне, докато се разтвори напълно; това е, когато се казва, че разтворът е пренаситен.
Горното изображение показва свръхнаситен разтвор на натриев ацетат, кристалите на който са продукт на възстановяване на равновесието на насищане.
Теоретични аспекти
насищане
Разтворите могат да бъдат съставени от състав, който включва състоянията на материята (твърда, течна или газообразна); те обаче винаги имат една фаза.
Когато разтворителят не може напълно да разтвори разтворителя, като последица се наблюдава друга фаза. Този факт отразява баланса на насищане; Но за какво е този баланс?
Йоните или молекулите си взаимодействат, образувайки кристали, възникващи по-вероятно, тъй като разтворителят не може да ги раздели повече.
На повърхността на чашата неговите компоненти се сблъскват, за да се прилепват към нея, или те също могат да се обграждат с молекули на разтворител; някои слизат, други се придържат. Горното може да бъде представено със следното уравнение:
Твърдо <=> разтворено твърдо вещество
При разредени разтвори "равновесието" е много далеч вдясно, защото има толкова много пространство между молекулите на разтворителя. От друга страна, в концентрирани разтвори разтворителят все още може да разтвори разтвореното вещество и твърдото вещество, което се добавя след разбъркване, ще се разтвори.
След достигане на равновесие частиците на добавеното твърдо вещество веднага щом се разтворят в разтворителя и други в разтвор, трябва да "излязат", за да отворят пространство и да позволят тяхното включване в течната фаза. По този начин разтвореното вещество преминава напред и назад от твърдата фаза към течната фаза със същата скорост; когато това се случи, се казва, че решението е наситено.
пренасищане
За да принуди равновесието към разтварянето на по-твърдата течна фаза трябва да отвори молекулярно пространство и за това е необходимо енергично да се стимулира. Това причинява разтворителя да приема по-разтворимо, отколкото обикновено при условия на температура на околната среда и налягане.
След като приносът на енергията в течната фаза престане, пренаситеният разтвор остава метастабилен. Следователно, в случай на каквито и да било смущения, той може да наруши равновесието си и да предизвика кристализацията на излишния разтворител, докато отново не достигне равновесие на насищане.
Например, като се има предвид разтворимото вещество, което е много разтворимо във вода, определено количество от него се добавя, докато твърдото вещество не може да се разтвори. След това топлината се прилага към водата, докато се гарантира разтварянето на останалото твърдо вещество. Пренаситеният разтвор се отстранява и се оставя да се охлади.
Ако охлаждането е много рязко, веднага ще настъпи кристализация; например, добавяне на малко лед към пренаситения разтвор.
Същият ефект може да се наблюдава и ако кристал от разтворимото съединение се хвърли във водата. Това служи като опора за нуклеиране на разтворените частици. Кристалът расте, натрупвайки частиците на средата, докато течната фаза се стабилизира; тоест, докато разтворът се насити.
характеристики
В свръхнаситени разтвори границата, в която количеството на разтвореното вещество вече не се разтваря от разтворителя, е надвишено; следователно, този тип разтвор има излишък от разтворено вещество и има следните характеристики:
-Те могат да съществуват със своите компоненти в една фаза, като във водни или газообразни разтвори, или да се представят като смес от газове в течна среда.
-При достигане на степента на насищане разтвореното вещество, което не се разтваря, кристализира или се утаява (образува неорганизирано твърдо вещество, нечисто и без структурни модели) лесно в разтвора.
-Това е нестабилно решение. Когато се утаи излишък от неразтворен разтворен продукт, се отделя топлина, пропорционална на количеството на утайката. Тази топлина се генерира от локалния или in situ сблъсък на кристализиращите молекули. Тъй като се стабилизира, той задължително трябва да отделя енергия под формата на топлина (в тези случаи).
-Някои физични свойства като разтворимост, плътност, вискозитет и индекс на пречупване зависят от температурата, обема и налягането, на което е подложен разтворът. Поради тази причина той има различни свойства от съответните наситени разтвори.
Как се подготвяте?
При получаването на разтвори има променливи, като вид и концентрация на разтворителя, обем на разтворителя, температура или налягане. Чрез модифициране на което и да е от тях, наситен разтвор може да се получи от наситен.
Когато разтворът достигне състояние на насищане и една от тези променливи се модифицира, тогава може да се получи свръхнаситен разтвор. По принцип предпочитаната променлива е температурата, въпреки че може да бъде и налягане.
Ако свръхнаситеният разтвор се подлага на бавно изпаряване, частиците на твърдото вещество се срещат и могат да образуват вискозен разтвор или цял кристал.
Примери и приложения
-Има голямо разнообразие от соли, с които могат да се получат пренаситени разтвори. Те се използват дълго време индустриално и търговски и са обект на задълбочени изследвания. Приложенията включват разтвори на натриев сулфат и водни разтвори на калиев дихромат.
-Снаситени разтвори, образувани от захарни разтвори, като мед, са други примери. От тях се приготвят бонбони или сиропи, които имат жизненоважно значение в хранително-вкусовата промишленост. Трябва да се отбележи, че те се прилагат и във фармацевтичната индустрия при получаването на някои лекарства.
Препратки
- Дружеството по химия за учителите по средни училища по наука. Разтвори и концентрация., Произведено на 7 юни 2018 г. от: ice.chem.wisc.edu
- К. Таимни. (1927). Вискозитетът на пренаситените разтвори. I. The Journal of Physical Chemistry 32 (4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
- Szewczyk, W. Sokolowski и K. Sangwal. (1985). Някои физични свойства на наситени, пренаситени и ненаситени водни разтвори на калиев бихромат. Journal of Chemical & Engineering Data 30 (3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
- Wikipedia. (2018). Суперсатурация. Произведено на 08 юни 2018 г. от: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
- Робъртс, Ана. (24 април 2017 г.). Как да си направим пренаситен разтвор Sciencing. Произведено на 8 юни 2018 г. от: sciaching.com
- TutorVista. (2018). Пренаситен разтвор. Произведено на 8 юни 2018 г. от: chemistry.tutorvista.com
- Неда Глисович. (25 май 2015 г.). Kristalizacija., Произведено на 8 юни 2018 г. от: commons.wikimedia.org