Χαρακτηριστικά Sobresaturated Solution, πώς παρασκευάζεται και παραδείγματα

Το υπερκορεσμένο διάλυμα είναι εκείνη στην οποία ο διαλύτης έχει διαλύσει περισσότερο διαλυτή ουσία από ότι μπορεί να διαλυθεί στην ισορροπία κορεσμού. Όλα έχουν κοινά την ισορροπία κορεσμού, με τη διαφορά ότι σε ορισμένες λύσεις αυτό επιτυγχάνεται σε χαμηλότερες ή υψηλότερες συγκεντρώσεις διαλελυμένης ουσίας.

Η διαλελυμένη ουσία μπορεί να είναι ένα στερεό, όπως η ζάχαρη, το άμυλο, τα άλατα κ.λπ. ή ένα αέριο, όπως το CO₂ σε ανθρακούχα ποτά. Εφαρμόζοντας έναν μοριακό συλλογισμό, τα μόρια του διαλύτη περιβάλλουν εκείνα της διαλυμένης ουσίας και επιδιώκουν να ανοίξουν χώρο μεταξύ τους για να φιλοξενήσουν περισσότερη ποσότητα διαλύματος.

Έτσι, έρχεται ένας καιρός όταν η συγγένεια με διαλύτη-διαλυτή ουσία δεν μπορεί να ξεπεράσει την έλλειψη χώρου, καθιστώντας την ισορροπία κορεσμού μεταξύ του κρυστάλλου και του περιβάλλοντος (η λύση). Σε αυτό το σημείο, δεν έχει σημασία πόσο οι κρύσταλλοι αλέθονται ή αναδεύονται: ο διαλύτης δεν μπορεί πλέον να διαλύσει περισσότερο διαλύτη.

Πώς να "εξαναγκάσει" τον διαλύτη να διαλύσει περισσότερη διαλυμένη ουσία; Μέσω της αύξησης της θερμοκρασίας (ή της πίεσης, στην περίπτωση των αερίων). Με αυτόν τον τρόπο, οι μοριακές δονήσεις αυξάνονται και ο κρύσταλλος αρχίζει να αποδίδει περισσότερα από τα μόρια του στο διάλυμα, μέχρι να διαλυθεί πλήρως. είναι εδώ όταν λέγεται ότι το διάλυμα είναι υπερκορεσμένο.

Η άνω εικόνα δείχνει ένα υπερκορεσμένο διάλυμα οξικού νατρίου, των οποίων οι κρύσταλλοι είναι το προϊόν της αποκατάστασης της ισορροπίας κορεσμού.

Ευρετήριο

• 1 Θεωρητικές πτυχές
  • 1.1 Κορεσμός
  • 1.2 Πάνω από τον κορεσμό
• 2 Χαρακτηριστικά
• 3 Πώς είναι έτοιμη?
• 4 Παραδείγματα και εφαρμογές
• 5 Αναφορές 

Θεωρητικές πτυχές

Κορεσμός

Τα διαλύματα μπορούν να σχηματιστούν από μια σύνθεση που περιλαμβάνει τις καταστάσεις της ύλης (στερεά, υγρά ή αέρια). Ωστόσο, πάντοτε έχουν μία μόνο φάση.

Όταν ο διαλύτης δεν μπορεί να διαλύσει πλήρως τη διαλυμένη ουσία, παρατηρείται μια άλλη φάση ως συνέπεια. Το γεγονός αυτό αντικατοπτρίζει την ισορροπία κορεσμού. Αλλά ποια είναι η ισορροπία αυτή;?

Ιόντα ή μόρια αλληλεπιδρούν για να σχηματίσουν κρυστάλλους, συμβαίνουν πιθανότερο, καθώς ο διαλύτης δεν μπορεί να τους κρατήσει μακριά για περισσότερο.

Στην επιφάνεια του γυαλιού, τα συστατικά του συγκρούονται για να προσκολληθούν σ 'αυτό, ή μπορούν επίσης να περιβληθούν από μόρια διαλύτη. κάποια άδεια, άλλοι συμμορφώνονται. Τα παραπάνω μπορούν να αναπαρασταθούν με την ακόλουθη εξίσωση:

Στερεό <=> διαλυμένο στερεό

Σε αραιωμένα διαλύματα η "ισορροπία" μετατοπίζεται πολύ προς τα δεξιά, επειδή υπάρχει πολύς διαθέσιμος χώρος μεταξύ των μορίων του διαλύτη. Από την άλλη πλευρά, σε συμπυκνωμένα διαλύματα ο διαλύτης μπορεί ακόμη να διαλύσει τη διαλυμένη ουσία και το στερεό που προστίθεται μετά από ανάδευση θα διαλύεται.

Μόλις επιτευχθεί η ισορροπία, τα σωματίδια του στερεού που προστίθενται μόλις διαλύονται στον διαλύτη και άλλα, σε διάλυμα, πρέπει να "βγουν" για να ανοίξουν χώρο και να επιτρέψουν την ενσωμάτωσή τους στην υγρή φάση. Έτσι, η διαλυμένη ουσία πηγαίνει και προέρχεται από την στερεά φάση στην υγρή φάση με την ίδια ταχύτητα. όταν συμβαίνει αυτό, λέγεται ότι το διάλυμα είναι κορεσμένο.

Ο υπερκορεσμός

Για να ωθήσουμε την ισορροπία στη διάλυση πιο στερεών, η υγρή φάση πρέπει να ανοίξει μοριακό χώρο και γι 'αυτό είναι απαραίτητο να τον διεγείρει ενεργητικά. Αυτό προκαλεί στον διαλύτη να δέχεται περισσότερη διαλυμένη ουσία από ότι συνήθως μπορεί κάτω από συνθήκες θερμοκρασίας περιβάλλοντος και πίεσης.

Μόλις σταματήσει η παροχή ενέργειας στη υγρή φάση, το υπερκορεσμένο διάλυμα παραμένει μεταστατό. Επομένως, πριν από οποιαδήποτε διαταραχή μπορεί να σπάσει την ισορροπία του και να προέλθει από την κρυστάλλωση της περίσσειας της διαλελυμένης ουσίας έως ότου φθάσει ξανά στην ισορροπία κορεσμού.

Για παράδειγμα, δεδομένης μιας διαλελυμένης ουσίας πολύ διαλυτής στο νερό, μια ορισμένη ποσότητα της προστίθεται έως ότου το στερεό δεν μπορεί να διαλυθεί. Στη συνέχεια εφαρμόζεται θερμότητα στο νερό, μέχρι να διαλυθεί το υπόλοιπο στερεό. Το υπερκορεσμένο διάλυμα απομακρύνεται και αφήνεται να ψυχθεί.

Εάν η ψύξη είναι πολύ ξαφνική, η κρυστάλλωση θα συμβεί στιγμιαία. για παράδειγμα, προσθέτοντας λίγο πάγο στο υπερκορεσμένο διάλυμα.

Το ίδιο αποτέλεσμα θα μπορούσε επίσης να παρατηρηθεί εάν ένας κρύσταλλος της διαλυτής ένωσης έριξε στο νερό. Αυτό χρησιμεύει ως υποστήριξη πυρήνων για τα διαλελυμένα σωματίδια. Ο κρύσταλλος αναπτύσσεται συσσωρεύοντας τα σωματίδια του μέσου έως ότου σταθεροποιηθεί η υγρή φάση. δηλαδή μέχρι να κορεστεί το διάλυμα.

Χαρακτηριστικά

Σε υπερκορεσμένα διαλύματα έχει σημειωθεί υπέρβαση του ορίου στο οποίο η ποσότητα της διαλελυμένης ουσίας δεν διαλύεται πλέον από τον διαλύτη. ως εκ τούτου, αυτός ο τύπος διαλυμάτων έχει περίσσεια διαλελυμένης ουσίας και έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

-Μπορούν να υπάρχουν με τα συστατικά τους σε μία μόνο φάση, όπως σε υδατικά ή αέρια διαλύματα, ή να υπάρχουν ως μίγμα αερίων σε ένα υγρό μέσο.

-Κατά την επίτευξη του βαθμού κορεσμού, η διαλελυμένη ουσία που δεν διαλύεται θα κρυσταλλωθεί ή κατακρημνιστεί (σχηματίζει ένα αποδιοργανωμένο στερεό, ακάθαρτο και χωρίς δομικά πρότυπα) με ευκολία στη λύση.

-Είναι μια ασταθής λύση. Όταν η περίσσεια αδιάλυτης διαλυμένης ουσίας καθιζάνει, παράγεται μια απελευθέρωση θερμότητας η οποία είναι ανάλογη προς την ποσότητα του ιζήματος. Αυτή η θερμότητα δημιουργείται από το τοπικό σοκ ή επί τόπου των μορίων που κρυσταλλώνονται. Επειδή σταθεροποιείται, πρέπει κατ 'ανάγκη να απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας (σε αυτές τις περιπτώσεις).

-Ορισμένες φυσικές ιδιότητες όπως η διαλυτότητα, η πυκνότητα, το ιξώδες και ο δείκτης διάθλασης εξαρτώνται από τη θερμοκρασία, τον όγκο και την πίεση στην οποία υποβάλλεται το διάλυμα. Για το λόγο αυτό έχει διαφορετικές ιδιότητες από τις αντίστοιχες κορεσμένες λύσεις.

Πώς είναι έτοιμη?

Υπάρχουν μεταβλητές στην παρασκευή των διαλυμάτων, όπως ο τύπος και η συγκέντρωση της διαλελυμένης ουσίας, ο όγκος του διαλύτη, η θερμοκρασία ή η πίεση. Τροποποιώντας οποιοδήποτε από αυτά μπορεί να παρασκευαστεί ένα υπερκορεσμένο διάλυμα από ένα κορεσμένο.

Όταν το διάλυμα φθάσει σε κατάσταση κορεσμού και μία από αυτές τις μεταβλητές τροποποιηθεί, τότε μπορεί να ληφθεί ένα υπερκορεσμένο διάλυμα. Γενικά, η προτιμώμενη μεταβλητή είναι η θερμοκρασία, αν και μπορεί επίσης να είναι η πίεση.

Εάν ένα υπερκορεσμένο διάλυμα υποβληθεί σε αργή εξάτμιση, τα στερεά σωματίδια βρίσκονται και μπορούν να σχηματίσουν ένα παχύρρευστο διάλυμα ή ένα ολόκληρο κρύσταλλο.

Παραδείγματα και εφαρμογές

-Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία αλάτων με τα οποία μπορείτε να αποκτήσετε υπερκορεσμένες λύσεις. Έχουν χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα σε βιομηχανικό και εμπορικό επίπεδο και έχουν αποτελέσει αντικείμενο πολλών ερευνών. Μεταξύ των εφαρμογών ξεχωρίζουν τα διαλύματα θειικού νατρίου και τα υδατικά διαλύματα διχρωμικού καλίου.

-Τα υπερκορεσμένα διαλύματα που σχηματίζονται από ζαχαρούχα διαλύματα, όπως το μέλι, είναι άλλα παραδείγματα. Από αυτά παρασκευάζονται καραμέλες ή σιρόπια, που έχουν ζωτική σημασία στη βιομηχανία τροφίμων. Αξίζει να σημειωθεί επίσης ότι η φαρμακευτική βιομηχανία στην προετοιμασία ορισμένων φαρμάκων.

Αναφορές

1. Ο σύντροφος χημείας για τους δασκάλους της μέσης σχολικής επιστήμης. Λύσεις και συγκέντρωση. [PDF] Ανακτήθηκε στις 7 Ιουνίου 2018, από: ice.chem.wisc.edu
2. Κ. Τάιμνη. (1927). Το ιξώδες των υπέρυθρων λύσεων. Εγώ. Η Εφημερίδα της Φυσικής Χημείας32(4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokolowski και Κ. Sangwal. (1985). Ορισμένες φυσικές ιδιότητες των κορεσμένων, υπερκορεσμένων και κορεσμένων υδατικών διαλυμάτων διχρωμικού καλίου. Journal of Chemical & Engineering Data30(3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Υπερύθροιση. Ανακτήθηκε στις 8 Ιουνίου 2018, από: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Ρόμπερτς, Άννα. (24 Απριλίου 2017). Πώς να κάνετε μια υπερκορεσμένη λύση. Sciencing. Ανακτήθηκε στις 8 Ιουνίου 2018, από: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Υπερκορεσμένο διάλυμα. Ανακτήθηκε στις 8 Ιουνίου 2018, από: chemistry.tutorvista.com  
7. Ντέλα Γλύσιοβιτς. (25 Μαΐου 2015). Kristalizacija. [Εικόνα] Ανακτήθηκε στις 8 Ιουνίου 2018 από: commons.wikimedia.org