Il soluzione sovrasatura È uno in cui il solvente ha sciolto più soluto di quanto possa dissolversi all'equilibrio di saturazione. Hanno tutte in comune l'equilibrio di saturazione, con la differenza che in alcune soluzioni questo viene raggiunto a concentrazioni di soluto inferiori o superiori..
Il soluto potrebbe essere un solido, come zucchero, amido, sali, ecc.; o da un gas, come CODue nelle bevande gassate. Applicando il ragionamento molecolare, le molecole di solvente circondano quelle del soluto e cercano di aprire lo spazio tra di loro per poter ospitare più soluto..
Quindi, arriva un momento in cui l'affinità solvente-soluto 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 agitati: il solvente non può più dissolversi più soluto.
Come "forzare" il solvente a dissolvere più soluto? Attraverso un aumento della temperatura (o della pressione, nel caso dei gas). In questo modo le vibrazioni molecolari aumentano e il cristallo inizia a cedere più delle sue molecole alla dissoluzione, fino a dissolversi completamente; questo è quando si dice che la soluzione è sovrasatura.
L'immagine in alto mostra una soluzione sovrasatura di acetato di sodio, i cui cristalli sono il prodotto del ripristino dell'equilibrio di saturazione.
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Le soluzioni possono essere costituite da una composizione che comprende gli stati della materia (solida, liquida o gassosa); tuttavia, hanno sempre un'unica fase.
Quando il solvente non è in grado di dissolvere completamente il soluto, di conseguenza si osserva un'altra fase. Questo fatto riflette l'equilibrio della saturazione; ma di cosa tratta questo equilibrio?
Gli ioni o le molecole interagiscono per formare cristalli, il che si verifica più probabilmente poiché il solvente non può più tenerli separati..
Sulla superficie del vetro i suoi componenti entrano in collisione per aderirvi, oppure possono circondarsi anche di molecole di solvente; alcuni escono, altri attaccano. Quanto sopra può essere rappresentato dalla seguente equazione:
Solido <=> solido disciolto
Nelle soluzioni diluite l '"equilibrio" è molto a destra, perché c'è molto spazio disponibile tra le molecole di solvente. D'altra parte, in 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 aggiunto non appena si dissolvono nel solvente ed altre, in soluzione, devono "uscire" per aprire lo spazio e permettere 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.
Per forzare l'equilibrio allo scioglimento di più solidi 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 possa normalmente in condizioni di temperatura e pressione ambiente..
Una volta cessato il contributo di energia alla fase liquida, la soluzione sovrasatura rimane metastabile. Pertanto, in caso di qualsiasi disturbo, può rompere il suo equilibrio e provocare la cristallizzazione del soluto in eccesso fino a raggiungere nuovamente l'equilibrio di saturazione..
Ad esempio, dato un soluto che è molto solubile in acqua, una certa quantità viene aggiunta fino a quando il solido non può dissolversi. Quindi si applica calore all'acqua, fino a garantire lo scioglimento del solido rimanente. La soluzione sovrasatura viene rimossa e lasciata raffreddare.
Se il raffreddamento è molto brusco, 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 come supporto di nucleazione per le particelle disciolte. Il cristallo cresce accumulando le particelle del mezzo fino a stabilizzare la fase liquida; cioè fino a quando la soluzione non è satura.
Nelle soluzioni sovrasature è stato superato il limite in cui la quantità di soluto non è più disciolta dal solvente; quindi, questo tipo di soluzione ha un eccesso di soluto e presenta 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..
-Al raggiungimento del grado di saturazione, il soluto che non è dissolto cristallizzerà o precipiterà (forma un solido disorganizzato, impuro e senza schemi strutturali) facilmente nella soluzione..
-È una soluzione instabile. Quando precipita il soluto non disciolto in eccesso, si verifica un rilascio di calore proporzionale alla quantità di precipitato. Questo calore è generato dallo shock locale o sul posto delle molecole che stanno cristallizzando. Perché si stabilizza, 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 rispetto alle rispettive soluzioni sature..
Ci sono variabili nella preparazione delle soluzioni, come il tipo e la concentrazione del soluto, il volume del solvente, la temperatura o la pressione. Modificando uno qualsiasi di questi, è possibile preparare una soluzione sovrasatura da una satura..
Quando la soluzione raggiunge uno stato di saturazione e una di queste variabili viene modificata, si può ottenere una soluzione sovrasatura. 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 del solido si incontrano e possono formare una soluzione viscosa, o un intero cristallo.
-Esiste una grande varietà di sali con cui è possibile ottenere soluzioni sovrasature. Sono stati utilizzati per molto tempo a livello industriale e commerciale e sono stati oggetto di approfondite ricerche. Le applicazioni includono soluzioni di solfato di sodio e soluzioni acquose di bicromato di potassio.
-Le soluzioni sovrasature costituite da soluzioni zuccherine, come il miele, sono altri esempi. Da queste si preparano caramelle o sciroppi, di vitale importanza nell'industria alimentare. Va notato che trovano applicazione anche nell'industria farmaceutica nella preparazione di alcuni farmaci..
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