TÚLTELÍTETT OLDAT: JELLEMZŐK, ELŐÁLLÍTÁS, PÉLDÁK - KÉMIA - 2024

A túltelített oldat olyan, amelyben az oldószer több oldott anyagot oldott fel, mint amennyit képes telíteni egy telített egyensúlyi állapotban. Mindegyiknek közös a telítési egyensúly, azzal a különbséggel, hogy egyes oldatokban az oldott anyag alacsonyabb vagy magasabb koncentrációján érik el.

Az oldott anyag lehet szilárd anyag, például cukor, keményítő, sók stb.; vagy egy gáz, mint például a CO ₂ a szénsavas italok. A molekuláris érvelés alkalmazásával az oldószermolekulák körülveszik az oldott anyag molekuláit, és arra törekednek, hogy teret nyitjanak egymás között, hogy több oldott anyagot tartsanak fenn.

Így jön az az idő, amikor az oldószer-oldott affinitás nem képes leküzdeni a helyhiányt, létrehozva a telítési egyensúlyt a kristály és annak környezete (az oldat) között. Ezen a ponton nem számít, mennyit őrölnek vagy ráznak meg a kristályokat: az oldószer már nem oldhat oldódó anyagot.

Hogyan kényszeríthetjük az oldószert több oldott anyag feloldására? A hőmérséklet (vagy gázok esetén a nyomás) emelkedésén keresztül. Ily módon a molekuláris rezgések növekednek, és a kristályok molekuláinak nagyobb része feloldódni kezd, amíg teljesen fel nem oldódik; ez az az idő, amikor az oldatról azt mondják, hogy túltelített.

A felső képen egy telített nátrium-acetát oldat látható, amelynek kristályai a telítési egyensúly helyreállításának termékei.

Elméleti szempontok

Telítettség

Az oldatok készítményeket tartalmazhatnak, amelyek tartalmazzák az anyag állapotát (szilárd, folyékony vagy gáz); azonban mindig egy fázisuk van.

Ha az oldószer nem képes teljesen feloldani az oldott anyagot, ennek következményeként megfigyelhető egy másik fázis. Ez a tény tükrözi a telítettség egyensúlyát; De miről szól ez az egyensúly?

Az ionok vagy molekulák kölcsönhatásba lépnek és kristályokat képeznek, amelyek valószínűbb, mivel az oldószer már nem képes egymástól elválasztani.

Az üveg felületén összetevői összeesnek, hogy tapadjanak hozzá, vagy oldószermolekulákkal is körülvehetik magukat; mások kijönnek, mások kibírnak. A fentiek a következő egyenlettel reprezentálhatók:

Szilárd <=> oldott szilárd anyag

Hígított oldatokban az "egyensúly" nagyon messze van jobbról, mert oly sok hely áll rendelkezésre az oldószermolekulák között. Másrészt, koncentrált oldatokban az oldószer továbbra is oldhat oldott anyagot, és a keverés után hozzáadott szilárd anyag feloldódik.

Az egyensúly elérése után a hozzáadott szilárd részecskéknek, amint feloldódnak az oldószerben, és az oldatban lévő többi részecskének "ki kell jönni", hogy nyitott tér legyen, és lehetővé kell tenni, hogy beépüljenek a folyékony fázisba. Így az oldott anyag ugyanolyan sebességgel megy előre és hátra a szilárd fázisból a folyékony fázisba; amikor ez megtörténik, az oldat telítettnek mondható.

túltelítettség

Az egyensúly szilárd anyag feloldódásához való kényszerítéséhez a folyékony fázisnak meg kell nyitnia a molekuláris teret, és ehhez energiát kell serkenteni. Ez azt eredményezi, hogy az oldószer több oldott anyagot enged be, mint amit környezeti hőmérsékleten és nyomáson általában lehet.

Miután megszűnt az energia hozzájárulása a folyékony fázishoz, a túltelített oldat metastabilis marad. Ezért bármilyen zavar esetén megbonthatja egyensúlyát, és a fölösleges oldott anyag kristályosodását idézheti elő, amíg ismét el nem éri a telítési egyensúlyt.

Például, ha van olyan oldott anyag, amely nagyon jól oldódik vízben, akkor egy bizonyos részét addig adjuk hozzá, amíg a szilárd anyag nem oldódik fel. Ezután melegítik a vizet, amíg a maradék szilárd anyag feloldódása garantált. A túltelített oldatot eltávolítjuk, és hagyjuk lehűlni.

Ha a hűtés nagyon hirtelen történik, a kristályosodás azonnal megtörténik; például egy kis jég hozzáadásával a túltelített oldathoz.

Ugyanez a hatás megfigyelhető akkor is, ha az oldható vegyület kristályait a vízbe dobják. Ez az oldott részecskék nukleációjának támogatójaként szolgál. A kristály növekszik, és felhalmozza a közeg részecskéit, amíg a folyékony fázis stabilizálódik; vagyis amíg az oldat telítetté nem válik.

jellemzők

Túltelített oldatokban meghaladták azt a határértéket, amelyben az oldott anyag mennyisége már nem oldódik az oldószerben; ezért az ilyen típusú oldat felesleges oldott anyaggal rendelkezik és a következő jellemzőkkel rendelkezik:

- Komponenseikkel egyfázisban lehet, például vizes vagy gáz halmazállapotú oldatokban, vagy gázkeverék formájában, folyékony közegben.

- A telítettség eléréséig az oldhatatlan anyag, amely nem oldódik, könnyen kristályosodik vagy kicsapódik (rendezetlen szilárd anyag, szennyezett és szerkezeti mintázat nélkül) az oldatban.

- Ez egy instabil megoldás. Ha az oldhatatlan oldott anyag felesleges része kicsapódik, akkor a hőkibocsátás arányos a csapadék mennyiségével. Ezt a hőt a kristályosodó molekulák helyi vagy in situ ütközésével állítják elő. Mivel stabilizálódik, feltétlenül energiát kell kibocsátania hő formájában (ezekben az esetekben).

- Bizonyos fizikai tulajdonságok, például oldhatóság, sűrűség, viszkozitás és törésmutató az oldat hőmérsékletétől, térfogatától és nyomásától függnek. Ezért más tulajdonságokkal rendelkezik, mint a megfelelő telített oldatok.

Hogyan készülsz fel?

Az oldatok előállítása során változók vannak, például az oldott anyag típusa és koncentrációja, az oldószer térfogata, a hőmérséklet vagy a nyomás. Ezek bármelyikének módosításával telített oldatból előállíthat egy túltelített oldatot.

Amikor az oldat telítettségi állapotba kerül, és ezen változók egyikét módosítják, akkor túltelített oldatot kaphat. Általában az előnyös változó a hőmérséklet, bár ez szintén nyomás lehet.

Ha a túltelített oldatot lassan párologtatjuk, a szilárd anyag részecskéi összeolvadnak, és viszkózus oldatot vagy teljes kristályt képezhetnek.

Példák és alkalmazások

- Nagyon sok só van, amelyekkel telített oldatok állíthatók elő. Régóta használják ipari és kereskedelmi célokra, és kiterjedt kutatás tárgyát képezték. Alkalmazások lehetnek nátrium-szulfát-oldatok és vizes kálium-dikromát-oldatok.

-Cukoros oldatok, például méz által alkotott túltelített oldatok is példák. Ezekből cukorkákból vagy szirupokból készülnek, amelyek létfontosságúak az élelmiszeriparban. Meg kell jegyezni, hogy ezeket a gyógyszeriparban is alkalmazzák egyes gyógyszerek előállításánál.

Irodalom

1. A kémia társa a középiskolai természettudományi tanárok számára. Megoldások és koncentráció.. Visszakeresve: 2018. június 7-én, a következő helyről: ice.chem.wisc.edu
2. K. Taimni. (1927). A túltelített oldatok viszkozitása. ÉN. The Journal of Physical Chemistry 32 (4), 604-615, DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokolowski és K. Sangwal. (1985). A telített, telített és telítetlen vizes kálium-bikromát-oldatok fizikai tulajdonságai. Journal of Chemical & Engineering Data 30 (3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Túltelítettség. Visszakeresve: 2018. június 8-án, a következő helyről: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Roberts, Anna. (2017. április 24.) Hogyan lehet túltelített megoldást készíteni. Sciencing. Visszakeresve: 2018. június 8-án, a következő webhelyről: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Túltelített oldat. Visszakeresve: 2018. június 8-án, a következő címen: chemistry.tutorvista.com
7. Neda Glisovic. (2015. május 25.). Kristalizacija.. Visszakeresve: 2018. június 8-án, a következő helyről: commons.wikimedia.org