ROZTWÓR PRZESYCONY: CHARAKTERYSTYKA, PRZYGOTOWANIE, PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Przesycony roztwór jest tym, w którym rozpuszczalnik rozpuści się więcej substancji rozpuszczonej nie może rozpuszczać się w stanie nasycenia równowagi. Wszystkie mają wspólną równowagę nasycenia, z tą różnicą, że w niektórych roztworach osiąga się to przy niższych lub wyższych stężeniach substancji rozpuszczonej.

Substancja rozpuszczona może być ciałem stałym, takim jak cukier, skrobia, sole itp .; lub z gazu, takiego jak CO ₂ w napojach gazowanych. Stosując rozumowanie molekularne, cząsteczki rozpuszczalnika otaczają cząsteczki substancji rozpuszczonej i starają się otworzyć przestrzeń między sobą, aby pomieścić więcej substancji rozpuszczonej.

Tak więc przychodzi czas, kiedy powinowactwo rozpuszczalnika do substancji rozpuszczonej nie może przezwyciężyć braku przestrzeni, ustanawiając równowagę nasycenia między kryształem a jego otoczeniem (roztworem). W tym momencie nie ma znaczenia, ile kryształów zostanie zmielonych lub wstrząśniętych: rozpuszczalnik nie może już rozpuścić więcej substancji rozpuszczonej.

Jak „zmusić” rozpuszczalnik do rozpuszczenia większej ilości substancji rozpuszczonej? Poprzez wzrost temperatury (lub ciśnienia w przypadku gazów). W ten sposób wibracje molekularne wzrastają i kryształ zaczyna oddawać więcej swoich cząsteczek do rozpuszczenia, aż do całkowitego rozpuszczenia; to wtedy mówi się, że roztwór jest przesycony.

Górny obraz przedstawia przesycony roztwór octanu sodu, którego kryształy są produktem przywrócenia równowagi nasycenia.

Aspekty teoretyczne

Nasycenie

Roztwory mogą składać się z kompozycji obejmującej stany skupienia (ciało stałe, ciecz lub gaz); jednak zawsze mają jedną fazę.

Gdy rozpuszczalnik nie może całkowicie rozpuścić substancji rozpuszczonej, w konsekwencji obserwuje się inną fazę. Fakt ten odzwierciedla równowagę nasycenia; Ale o co chodzi w tej równowadze?

Jony lub cząsteczki oddziałują ze sobą, tworząc kryształy, co jest bardziej prawdopodobne, ponieważ rozpuszczalnik nie może ich już dłużej rozdzielać.

Na powierzchni szkła jego składniki zderzają się, aby do niego przylegać, lub też mogą otaczać się cząsteczkami rozpuszczalnika; niektóre odpadają, inne patyki. Powyższe można przedstawić za pomocą następującego równania:

Ciało stałe <=> rozpuszczone ciało stałe

W rozcieńczonych roztworach „równowaga” jest bardzo na prawo, ponieważ między cząsteczkami rozpuszczalnika jest tak dużo miejsca. Z drugiej strony, w stężonych roztworach rozpuszczalnik może nadal rozpuszczać substancję rozpuszczoną, a substancja stała dodana po wymieszaniu ulegnie rozpuszczeniu.

Po osiągnięciu równowagi cząstki dodanej substancji stałej, gdy tylko rozpuszczą się w rozpuszczalniku, a inne w roztworze, muszą „wydostać się” na otwartą przestrzeń i umożliwić ich włączenie do fazy ciekłej. Zatem substancja rozpuszczona przechodzi z fazy stałej do fazy ciekłej tam iz powrotem z tą samą prędkością; kiedy tak się dzieje, mówi się, że roztwór jest nasycony.

Przesycenie

Aby zmusić równowagę do rozpuszczenia większej ilości ciała stałego, faza ciekła musi otworzyć przestrzeń molekularną, a do tego konieczne jest jej pobudzenie energetyczne. Powoduje to, że rozpuszczalnik wpuszcza więcej substancji rozpuszczonej niż normalnie w warunkach temperatury otoczenia i ciśnienia.

Po ustaniu wkładu energii do fazy ciekłej przesycony roztwór pozostaje metastabilny. Dlatego w przypadku jakichkolwiek zakłóceń może on zerwać równowagę i spowodować krystalizację nadmiaru substancji rozpuszczonej, aż ponownie osiągnie równowagę nasycenia.

Na przykład, jeśli substancja rozpuszczona jest bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie, dodaje się jej pewną ilość, aż substancja stała nie będzie mogła się rozpuścić. Następnie woda jest ogrzewana, aż do rozpuszczenia pozostałej substancji stałej. Przesycony roztwór usuwa się i pozostawia do ostygnięcia.

Jeśli chłodzenie jest bardzo gwałtowne, krystalizacja nastąpi natychmiast; na przykład dodanie odrobiny lodu do przesyconego roztworu.

Ten sam efekt można było również zaobserwować, gdyby kryształ rozpuszczalnego związku został wrzucony do wody. Służy to jako wsparcie zarodkowania dla rozpuszczonych cząstek. Kryształ rośnie, gromadząc cząsteczki ośrodka, aż do ustabilizowania się fazy ciekłej; to znaczy, dopóki roztwór nie zostanie nasycony.

cechy

W roztworach przesyconych przekroczono granicę, przy której ilość substancji rozpuszczonej nie jest już rozpuszczana przez rozpuszczalnik; dlatego ten rodzaj roztworu ma nadmiar substancji rozpuszczonej i ma następujące cechy:

-Mogą występować ze swoimi składnikami w jednej fazie, jak w roztworach wodnych lub gazowych, lub występować jako mieszanina gazów w ośrodku ciekłym.

-Po osiągnięciu stopnia nasycenia nierozpuszczona substancja rozpuszczona będzie łatwo krystalizować lub wytrącać się (tworzy zdezorganizowaną substancję stałą, zanieczyszczoną i bez strukturalnych wzorów) w roztworze.

-To niestabilne rozwiązanie. Kiedy wytrąca się nadmiar nierozpuszczonej substancji rozpuszczonej, następuje wydzielanie ciepła, które jest proporcjonalne do ilości osadu. Ciepło to jest generowane przez zderzenie lokalne lub in situ krystalizujących cząsteczek. Ponieważ stabilizuje, musi koniecznie uwalniać energię w postaci ciepła (w tych przypadkach).

-Niektóre właściwości fizyczne, takie jak rozpuszczalność, gęstość, lepkość i współczynnik załamania światła, zależą od temperatury, objętości i ciśnienia, którym poddawany jest roztwór. Z tego powodu ma inne właściwości niż odpowiednie roztwory nasycone.

Jak się przygotowujesz?

Podczas przygotowywania roztworów istnieją zmienne, takie jak rodzaj i stężenie substancji rozpuszczonej, objętość rozpuszczalnika, temperatura lub ciśnienie. Modyfikując którekolwiek z nich, można przygotować przesycony roztwór z nasyconego.

Gdy roztwór osiągnie stan nasycenia i jedna z tych zmiennych zostanie zmodyfikowana, można otrzymać roztwór przesycony. Ogólnie preferowaną zmienną jest temperatura, chociaż może to być również ciśnienie.

Jeśli przesycony roztwór jest poddawany powolnemu parowaniu, cząstki ciała stałego spotykają się i mogą tworzyć lepki roztwór lub cały kryształ.

Przykłady i zastosowania

-Istnieje ogromna różnorodność soli, za pomocą których można otrzymać roztwory przesycone. Od dawna są używane w przemyśle i komercyjnie i są przedmiotem szeroko zakrojonych badań. Zastosowania obejmują roztwory siarczanu sodu i wodne roztwory dichromianu potasu.

-Innymi przykładami są roztwory przesycone utworzone przez roztwory zawierające cukier, takie jak miód. Z tych cukierków czy syropów są przygotowywane, mające istotne znaczenie w przemyśle spożywczym. Należy zaznaczyć, że są one również stosowane w przemyśle farmaceutycznym przy wytwarzaniu niektórych leków.

Bibliografia

1. Towarzysz chemii dla nauczycieli przedmiotów ścisłych. Rozwiązania i koncentracja. . Pobrane 7 czerwca 2018 r.Z: ice.chem.wisc.edu
2. K. Taimni. (1927). Lepkość roztworów przesyconych. JA. The Journal of Physical Chemistry 32 (4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokołowski i K. Sangwal. (1985). Wybrane właściwości fizyczne nasyconych, przesyconych i nienasyconych wodnych roztworów dwuchromianu potasu. Journal of Chemical & Engineering Data 30 (3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Przesycenie. Pobrane 08 czerwca 2018 z: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Roberts, Anna. (24 kwietnia 2017). Jak zrobić przesycone rozwiązanie. Nauka. Pobrane 8 czerwca 2018 z: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Roztwór przesycony. Pobrane 8 czerwca 2018 z: chemistry.tutorvista.com
7. Neda Glisovic. (25 maja 2015). Kristalizacija. . Pobrane 8 czerwca 2018 z: commons.wikimedia.org