SOLUCIÓ SOBRESATURADA: CARACTERÍSTIQUES, PREPARACIÓ, EXEMPLES - QUIMICA - 2025

La solució sobresaturada és aquella en què el solvent ha dissolt més solut de què pot dissoldre en l'equilibri de saturació. Totes tenen en comú l'equilibri de saturació, amb la diferència que en algunes solucions aquest s'aconsegueix a menors o majors concentracions de solut.

El solut bé pot tractar-se d'un sòlid, com el sucre, el midó, les sals, etc.; o d'un gas, com el CO ₂ en les begudes carbonatades. Aplicant un raonament molecular, les molècules de l'solvent envolten a les de l'solut i busquen obrir espai entre elles mateixes per poder albergar més quantitat de solut.

Així, arriba un moment en què l'afinitat solvent-solut no pot superar la manca d'espai, establint l'equilibri de saturació entre el vidre i els seus voltants (la solució). En aquest punt, no importa quant es molen els vidres o s'agitin: el solvent ja no pot dissoldre més solut.

Com "obligar" el solvent a dissoldre més solut? Mitjançant un augment de temperatura (o de pressió, en el cas dels gasos). D'aquesta manera, les vibracions moleculars augmenten i el vidre comença a cedir més de les seves molècules a la dissolució, fins dissoldre per complet; és aquí quan es diu que la solució està sobresaturada.

A la imatge superior es mostra una solució sobresaturada d'acetat de sodi, els vidres són producte de la reinstauració de l'equilibri de saturació.

aspectes teòrics

saturació

Les solucions poden conformar per una composició que inclogui els estats de la matèria (sòlid, líquid o gasós); però, sempre tenen una única fase.

Quan el solvent no pot dissoldre completament el solut, s'observa com a conseqüència una altra fase. Aquest fet reflecteix l'equilibri de saturació; però, ¿de què tracta aquest equilibri?

Els ions o molècules interaccionen per formar cristalls, passant amb més probabilitat a mesura que el solvent no pot mantenir-les apartades per més temps.

Sobre la superfície de l'vidre, els seus components xoquen per adherir-se a est, o també poden envoltar-se de molècules de solvent; algunes surten, altres s'adhereixen. L'anterior pot representar amb la següent equació:

Sòlid <=> sòlid dissolt

En les solucions diluïdes l ' "equilibri" està molt desplaçat cap a la dreta, pel fet que hi ha molt espai disponible entre les molècules de solvent. D'altra banda, en les solucions concentrades encara el solvent pot dissoldre solut, i el sòlid que s'afegeix després d'una agitació es dissoldrà.

Un cop assolit l'equilibri, les partícules de l'sòlid agregat tan aviat com es dissolguin en el solvent i altres, en solució, han de "sortir" per obrir espai i permetre la seva incorporació a la fase líquida. Així, el solut va i ve de la fase sòlida a la fase líquida a la mateixa velocitat; quan passa això es diu que la solució està saturada.

sobresaturació

Per forçar l'equilibri a la dissolució de més sòlid la fase líquida ha d'obrir espai molecular, i per a això cal estimular-la energèticament. Això fa que el solvent admeti més solut del que normalment pot en condicions de temperatura i pressió ambients.

Cessat l'aportació d'energia a la fase líquida, la solució sobresaturada es manté metastable. Per tant, davant de qualsevol pertorbació pot trencar el seu equilibri i originar la cristal·lització de l'excés de solut fins a arribar novament l'equilibri de saturació.

Per exemple, donat un solut molt soluble en aigua, s'agrega determinada quantitat d'aquest fins que el sòlid no pugui dissoldre. Després s'aplica calor a l'aigua, fins a garantir la dissolució de l'sòlid romanent. Es retira la solució sobresaturada i es deixa refredar.

Si el refredament és molt brusc, la cristal·lització es donarà instantàniament; per exemple, afegint una mica de gel a la solució sobresaturada.

El mateix efecte també podria observar si es llancés a l'aigua un cristall de l'compost soluble. Aquest serveix com a suport de nucleació per a les partícules dissoltes. El cristall creix acumulant les partícules de l'mitjà fins que la fase líquida estigui estabilitzada; és a dir, fins que la solució estigui saturada.

Característiques

En les solucions sobresaturades s'ha sobrepassat el límit en el qual la quantitat de solut ja no és dissolta pel solvent; per tant, aquest tipus de solucions té un excés de solut i presenta les següents característiques:

-Poden existir amb els seus components en una sola fase, com en solucions aquoses o gasoses, o presentar-se com una barreja de gasos en un mitjà líquid.

-Al aconseguir el grau de saturació, el solut que no és dissolt va cristal·litzar o precipitar (forma un sòlid desorganitzat, impur i sense patrons estructurals) amb facilitat en la solució.

-És una solució inestable. Quan precipita l'excés de solut no dissolt es produeix un alliberament de calor que és proporcional a la quantitat de precipitat. Aquesta calor es va generant pel xoc local o in situ de les molècules que van cristal·litzant. A causa de que s'estabilitza, necessàriament ha d'alliberar energia en forma de calor (en aquests casos).

-Algunes propietats físiques com la solubilitat, densitat, viscositat i índex de refracció depenen de la temperatura, el volum i la pressió a què és sotmesa la solució. Per aquesta raó té propietats diferents a les seves respectives solucions saturades.

Com es prepara?

Hi ha variables en la preparació de les solucions, com el tipus i concentració de l'solut, el volum de dissolvent, la temperatura o la pressió. Modificant qualsevol d'aquestes es pot preparar una solució sobresaturada a partir d'una saturada.

Quan la solució arriba a un estat de saturació i es modifica d'aquestes variables, es pot llavors obtenir una solució sobresaturada. En general, la variable predilecta és la temperatura, encara que també pot ser la pressió.

Si una solució sobresaturada se sotmet a evaporació lenta, les partícules de l'sòlid es van trobant i poden formar una solució viscosa, o un vidre sencer.

Exemples i aplicacions

-Hi ha una gran varietat de sals amb les quals es poden obtenir solucions sobresaturades. S'han vingut utilitzant des de fa molt de temps a nivell industrial i comercial, i han estat objecte de nombroses investigacions. Entre les aplicacions destaquen les solucions de sulfat de sodi i les solucions aquoses de bicromat de potassi.

-Les solucions sobresaturades formades per solucions ensucrades, com la mel, són altres exemples. A partir d'aquestes es preparen caramels o xarops, tenint una importància vital en la indústria alimentària. Cal destacar també s'apliquen en la indústria farmacèutica en la preparació d'alguns medicaments.

referències

1. The Chemistry Companion for Middle School Science Teachers. Solutions and concentration.. Recuperat el 07 de juny de 2018, de: ice.chem.wisc.edu
2. K. Taimni. (1927). The viscosity of Supersaturated Solutions. I. The Journal of Physical Chemistry 32 (4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokolowski, and K. Sangwal. (1985). Some physical properties of Saturated, supersaturated and undersaturated aqueous potassium bichromate solutions. Journal of Chemical & Engineering Data 30 (3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Supersaturation. Recuperat el 08 de juny de 2018, de: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Roberts, Anna. (24 d'abril del 2017). How to Make a Supersaturated Solution. Sciencing. Recuperat el 08 de juny de 2018, de: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Supersaturated solution. Recuperat el 08 de juny de 2018, de: chemistry.tutorvista.com
7. Neda Glisovic. (25 de mai de 2015). Kristalizacija.. Recuperat el 08 de juny de 2018, de: commons.wikimedia.org