Caratteristiche della soluzione supersatura, come è preparato ed esempi

il soluzione supersatura è uno in cui il solvente si è sciolto più soluto di quanto possa dissolversi nell'equilibrio di saturazione. Tutti hanno in comune l'equilibrio di saturazione, con la differenza che in alcune soluzioni questo si ottiene a concentrazioni più o meno elevate di soluto.

Il soluto può essere un solido, come zucchero, amido, sali, ecc .; o un gas, come ad esempio 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 accogliere più quantità di soluto.

Quindi, arriva un momento in cui l'affinità soluto-solvente non può superare la mancanza di spazio, stabilendo l'equilibrio di saturazione tra il cristallo e l'ambiente circostante (la soluzione). A questo punto, non importa quanto i cristalli siano macinati o mescolati: il solvente non può più dissolversi più soluto.

Come "forzare" il solvente a dissolvere più soluto? Attraverso un aumento di temperatura (o pressione, nel caso di gas). In questo modo, le vibrazioni molecolari aumentano e il cristallo inizia a cedere più delle sue molecole alla soluzione, fino a dissolversi completamente; è qui che si dice che la soluzione è troppo saturi.

L'immagine in alto mostra una soluzione supersatura di acetato di sodio, i cui cristalli sono il prodotto del ripristino dell'equilibrio di saturazione.

indice

• 1 Aspetti teorici
  • 1,1 Saturazione
  • 1.2 Sovra saturazione
• 2 caratteristiche
• 3 Come è preparato?
• 4 Esempi e applicazioni
• 5 riferimenti

Aspetti teorici

saturazione

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

Quando il solvente non riesce a dissolvere completamente il soluto, si osserva un'altra fase. Questo fatto riflette il bilancio di saturazione; Ma cos'è questo equilibrio?

Gli ioni o le molecole interagiscono per formare cristalli, che si verificano più probabilmente in quanto il solvente non può tenerli separati più a lungo.

Sulla superficie del vetro, i suoi componenti si scontrano per aderire a questo, oppure possono anche essere circondati da molecole di solvente; alcuni partono, altri aderiscono. Quanto sopra può essere rappresentato con la seguente equazione:

Solido <=> solidi disciolti

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

Una volta raggiunto l'equilibrio, le particelle del solido si aggiungono non appena si dissolvono nel solvente e altre, in soluzione, devono "uscire" per aprire lo spazio e consentire la loro incorporazione nella fase liquida. Quindi, il soluto va e viene dalla fase solida alla fase liquida alla stessa velocità; quando ciò accade, si dice che la soluzione è satura.

sovrasaturazione

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

Una volta che il contributo energetico alla fase liquida è cessato, la soluzione supersatura rimane metastabile. Pertanto, prima di ogni disturbo può rompere il suo equilibrio e causare la cristallizzazione dell'eccesso di soluto fino a raggiungere nuovamente l'equilibrio di saturazione.

Ad esempio, dato un soluto molto solubile in acqua, una certa quantità di esso viene aggiunto fino a quando il solido non può dissolversi. Quindi il calore viene applicato all'acqua, fino a quando non viene garantita la dissoluzione del solido rimanente. La soluzione sovrasatura viene rimossa e lasciata raffreddare.

Se il raffreddamento è molto improvviso, la cristallizzazione avverrà istantaneamente; per esempio, aggiungendo un po 'di ghiaccio alla soluzione sovrasatura.

Lo stesso effetto potrebbe essere osservato anche se un cristallo del composto solubile fosse gettato nell'acqua. Questo serve da supporto per la nucleazione delle particelle disciolte. Il cristallo cresce accumulando le particelle del mezzo fino a stabilizzare la fase liquida; cioè finché la soluzione non è satura.

lineamenti

Nelle soluzioni sovrasature il limite è stato superato in cui la quantità di soluto non è più dissolta dal solvente; pertanto, questo tipo di soluzioni ha un eccesso di soluto e ha le seguenti caratteristiche:

-Possono esistere con i loro componenti in una singola fase, come in soluzioni acquose o gassose, o presenti come miscela di gas in un mezzo liquido.

- Quando si raggiunge il grado di saturazione, il soluto che non è dissolto cristallizzerà o precipiterà (forma un solido disorganizzato, impuro e senza standard strutturali) con facilità nella soluzione.

-È una soluzione instabile. Quando precipita il soluto in eccesso non disciolto, viene prodotto un rilascio di calore proporzionale alla quantità di precipitato. Questo calore è generato dallo shock locale o in situ delle molecole che cristallizzano.Perché è stabilizzato, deve necessariamente rilasciare energia sotto forma di calore (in questi casi).

-Alcune proprietà fisiche come la solubilità, la densità, la viscosità e l'indice di rifrazione dipendono dalla temperatura, dal volume e dalla pressione a cui è sottoposta la soluzione. Per questo motivo ha proprietà diverse per le rispettive soluzioni sature.

Come è preparato?

Ci sono variabili nella preparazione di soluzioni, come il tipo e la concentrazione del soluto, il volume del solvente, la temperatura o la pressione. Modificando uno di questi, una soluzione sovrasatura può essere preparata da una soluzione satura.

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

Se una soluzione sovrasatura viene sottoposta a lenta evaporazione, le particelle solide si trovano e possono formare una soluzione viscosa o un cristallo intero.

Esempi e applicazioni

-Esiste una grande varietà di sali con cui è possibile ottenere soluzioni supersature. Sono stati utilizzati a lungo a livello industriale e commerciale e sono stati oggetto di numerose indagini. Le applicazioni includono soluzioni di solfato di sodio e soluzioni acquose di bicromato di potassio.

- Le soluzioni supersature formate da soluzioni zuccherine, come il miele, sono altri esempi. Da questi si preparano caramelle o sciroppi, che hanno un'importanza vitale nell'industria alimentare. Va notato che si applicano anche nell'industria farmaceutica nella preparazione di alcuni farmaci.

riferimenti 

1. The Chemistry Companion for Middle School Insegnanti di scienze. Soluzioni e concentrazione. [PDF]. Estratto il 7 giugno 2018 da: ice.chem.wisc.edu
2. K. Taimni. (1927). La viscosità delle soluzioni supersature. io. Il Journal of Physical Chemistry32(4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokolowski e K. Sangwal. (1985). Alcune proprietà fisiche di soluzioni di bicromato di potassio acquoso saturo, supersaturo e sottosaturo. Journal of Chemical & Engineering Data30(3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Sovrasaturazione. Estratto l'8 giugno 2018 da: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Roberts, Anna. (24 aprile 2017). Come Preparare una Soluzione Supersaturata. sciencing. Estratto l'8 giugno 2018 da: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Soluzione supersatura. Estratto l'8 giugno 2018 da: chemistry.tutorvista.com
7. Neda Glisovic. (25 maggio 2015). Kristalizacija. [Figura]. Estratto l'8 giugno 2018 da: commons.wikimedia.org