Характеристики на пренаситени разтвори, как се подготвят и примери

на пренаситен разтвор е този, в който разтворителят се разтваря повече разтворимо, отколкото може да се разтвори в равновесието на насищане. Всички имат общ баланс на насищане, с тази разлика, че в някои разтвори това се постига при по-ниски или по-високи концентрации на разтворимото вещество.

Разтвореното вещество може да бъде твърдо вещество, като захар, нишесте, соли и т.н .; или газ, такъв като CO₂ в газирани напитки. Прилагайки молекулярно разсъждение, молекулите на разтворителя обграждат тези на разтвореното вещество и се стремят да отворят помежду си, за да поемат повече количество разтворимо вещество.

Така настъпва момент, когато афинитетът на разтворител-разтворител не може да преодолее липсата на пространство, установявайки равновесието на насищане между кристала и неговата среда (решението). В този момент няма значение колко кристали се смилат или разбъркват: разтворителят вече не може да разтвори повече разтворено вещество.

Как да "принудим" разтворителя да разтвори повече разтворимо вещество? Чрез повишаване на температурата (или налягането, в случай на газове). По този начин молекулните вибрации се увеличават и кристалът започва да дава повече от своите молекули на разтвора, докато се разтвори напълно; тук е казано, че разтворът е пренаситен.

Горното изображение показва пренаситен разтвор на натриев ацетат, чиито кристали са продукт на възстановяването на равновесието на насищане.

индекс

• 1 Теоретични аспекти
  • 1.1 Наситеност
  • 1.2 Над насищане
• 2 Характеристики
• 3 Как се приготвя?
• 4 Примери и приложения
• 5 Препратки 

Теоретични аспекти

насищане

Разтворите могат да бъдат образувани от състав, който включва състояния на материята (твърдо, течно или газообразно); те обаче винаги имат една единствена фаза.

Когато разтворителят не може напълно да разтвори разтвореното вещество, вследствие на това се наблюдава друга фаза. Този факт отразява баланса на насищане; Но за какво е този баланс??

Йони или молекули взаимодействат, за да образуват кристали, които се появяват по-вероятно, тъй като разтворителят не може да ги държи отделени за по-дълго време.

На повърхността на стъклото компонентите му се сблъскват, за да се придържат към това, или могат да бъдат заобиколени от молекули на разтворителя; някои отпуск, други се придържат. Горното може да бъде представено със следното уравнение:

твърд <=> разтворено твърдо вещество

При разредените разтвори "равновесието" е много изместено надясно, тъй като има много свободно пространство между молекулите на разтворителя. От друга страна, в концентрирани разтворители разтворителят все още може да разтвори разтвореното вещество и твърдото вещество, което се добавя след разбъркване, се разтваря.

След като се достигне равновесието, частиците на твърдото вещество се добавят веднага след като се разтворят в разтворителя, а други, в разтвор, трябва да "излязат" в отворено пространство и да позволят тяхното включване в течната фаза. Така, разтвореното вещество преминава и идва от твърдата фаза към течната фаза при същата скорост; когато това се случи, се казва, че разтворът е наситен.

суперсатурация

За да принуди равновесието към разтварянето на по-твърдо, течната фаза трябва да отвори молекулярното пространство и за това е необходимо да се стимулира енергично. Това причинява разтворител да допусне повече разтворимо вещество, отколкото обикновено, при условия на околната температура и налягане.

След като енергийното захранване на течната фаза е преустановено, свръхнаситен разтвор остава метастабилен. Следователно, преди всяко смущение може да наруши равновесието си и да образува кристализацията на излишъка от разтвореното вещество до достигане на равновесие на насищане..

Например, при дадено разтворимо вещество, което е много разтворимо във вода, се добавя известно количество от него, докато твърдото вещество не може да се разтвори. След това към водата се прилага топлина, докато останалото твърдо вещество се разтвори. Пренаситеният разтвор се отстранява и се оставя да се охлади.

Ако охлаждането е много внезапно, кристализацията ще настъпи мигновено; например, добавяне на малко лед към пренаситения разтвор.

Същият ефект може да се наблюдава и ако кристал на разтворимото съединение се изхвърля във водата. Това служи за поддържане на нуклеацията на разтворените частици. Кристалът расте чрез натрупване на частиците на средата до стабилизиране на течната фаза; т.е. докато разтворът е наситен.

функции

При свръх наситен разтвор границата е превишена, при което количеството разтворено вещество вече не се разтваря от разтворителя; следователно този тип разтвори има излишък на разтворимо вещество и има следните характеристики:

-Те могат да съществуват с техните компоненти в една фаза, както във водни или газообразни разтвори, или да присъстват като смес от газове в течна среда..

-При достигане на степента на насищане, разтвореното вещество, което не е разтворено, кристализира или преципитира (образува неорганизирано твърдо вещество, нечисто и без структурни стандарти) с лекота в разтвора..

-Това е нестабилно решение. Когато излишъкът от неразтворен разтвор се утаи, се получава отделяне на топлина, което е пропорционално на количеството утайка. Тази топлина се генерира от локалния шок или in situ на молекулите, които кристализират. Тъй като тя е стабилизирана, тя трябва задължително 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 които е подложен разтворът. Поради тази причина той има различни свойства спрямо съответните им наситени разтвори.

Как се приготвя?

Съществуват променливи при приготвянето на разтворите, като вида и концентрацията на разтвореното вещество, обема на разтворителя, температурата или налягането. Модифицирайки някой от тях, може да се получи пренаситен разтвор от наситен.

Когато разтворът достигне състояние на насищане и една от тези променливи се модифицира, тогава може да се получи свръхнаситен разтвор. Най-общо, предпочитаната променлива е температурата, въпреки че може да бъде и налягането.

Ако пренаситен разтвор се подложи на бавно изпаряване, твърдите частици се откриват и могат да образуват вискозен разтвор или цял кристал..

Примери и приложения

-Съществува голямо разнообразие от соли, с които можете да получите пренаситени разтвори. Те са били използвани от дълго време на промишлено и търговско ниво и са били обект на многобройни проучвания. Между приложенията се открояват разтворите на натриевия сулфат и водните разтвори на калиев бихромат.

-Свръхнаситени 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. Заслужава да се отбележи, че се прилагат и във фармацевтичната индустрия при приготвянето на някои лекарства.

препратки

1. Химическият спътник за учители в средните училища. Разтвори и концентрация. [PDF]. Възстановен на 7 юни 2018 г. от: ice.chem.wisc.edu
2. K. Taimni. (1927). Вискозитетът на свръхнаситените разтвори. аз. Вестник по физическа химия32(4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Шевчик, В. Соколовски и К. Сангвал. (1985). Някои физични свойства на наситени, свръхнаситени и ненаситени водни разтвори на калиев бихромат. Вестник за химически и инженерни данни30(3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Суперсатурация. Възстановен на 8 юни 2018 г. от: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Робъртс, Анна. (24 април 2017 г.). Как да направим пренаситен разтвор. sciencing. Възстановен на 8 юни 2018 г. от: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Свръхнаситен разтвор. Възстановен на 8 юни 2018 г. от: chemistry.tutorvista.com  
7. Неда Глисович. (25 май 2015 г.) Kristalizacija. [Фигура]. Възстановен на 8 юни 2018 г. от: commons.wikimedia.org