YLIKYLLÄSTETTY LIUOS: OMINAISUUDET, VALMISTUS, ESIMERKIT - KEMIA - 2025

Ylikyllästetty liuos on sellainen, jossa liuotin on liuennut enemmän liuennutta ainetta kuin se voi liukenevat kyllästymistasapaino. Kaikilla on yhteistä kyllästymistasapainoa sillä erolla, että joissain liuoksissa tämä saavutetaan alhaisemmissa tai korkeissa liuenneissa pitoisuuksissa.

Liuotettu aine voi hyvinkin olla kiinteä aine, kuten sokeri, tärkkelys, suolat jne.; tai kaasu, kuten CO ₂ hiilihappoa juomat. Sovellettaessa molekyylin päättelyä liuotinmolekyylit ympäröivät liuenneen aineen molekyylit ja pyrkivät avaamaan tilaa keskenään, jotta enemmän liuennut ainetta voidaan pitää.

Siten tulee aika, jolloin liuotin-liuennut affiniteetti ei voi ratkaista tilanpuutetta, muodostaen kyllästymistasapainon kiteen ja sen ympäristön (liuos) välille. Tässä vaiheessa ei ole väliä kuinka paljon kiteitä jauhetaan tai ravistetaan: liuotin ei voi enää liuottaa enää liukenevaa ainetta.

Kuinka "pakottaa" liuotin liuottamaan enemmän liukenevaa ainetta? Lämpötilan nousun (tai kaasujen tapauksessa paineen) kautta. Tällä tavalla molekyylin värähtely kasvaa ja kide alkaa tuottaa enemmän molekyyleistään liukenemiseen, kunnes se liukenee kokonaan; tällöin ratkaisun sanotaan olevan ylikylläinen.

Yläkuvassa on ylikyllästetty natriumasetaattiliuos, jonka kiteet ovat kyllästymistasapainon palautumisen tulosta.

Teoreettiset näkökohdat

kyllästys

Liuokset voivat koostua koostumuksesta, joka sisältää aineen olosuhteet (kiinteät, nestemäiset tai kaasumaiset); heillä on kuitenkin aina yksi vaihe.

Kun liuotin ei pysty liuottamaan liuennut ainetta kokonaan, seurauksena on toinen faasi. Tämä tosiasia kuvastaa kylläisyyden tasapainoa; Mutta mistä tämä tasapaino on kyse?

Ionit tai molekyylit vuorovaikutuksessa muodostavat kiteitä, tapahtuen todennäköisemmin, koska liuotin ei pysty pitämään niitä enää erillään.

Lasin pinnalla sen komponentit törmäävät tarttumaan siihen tai ne voivat myös ympäröidä itsensä liuotinmolekyyleillä; jotkut irtoavat, toiset kiinni. Edellä mainittua voidaan esittää seuraavalla yhtälöllä:

Kiinteä <=> liuennut kiinteä aine

Laimeissa liuoksissa "tasapaino" on hyvin kaukana oikealla, koska liuotinmolekyylien välillä on niin paljon tilaa. Toisaalta väkevöityissä liuoksissa liuotin voi silti liuottaa liuenneen aineen, ja sekoittamisen jälkeen lisätty kiinteä aine liukenee.

Kun tasapaino on saavutettu, lisätyn kiinteän aineen hiukkasten on heti liukeneessaan liuottimeen ja muiden, liuoksessa olevien, hiukkasten on "tultava ulos" avaamaan tila ja sallittava niiden sisällyttäminen nestemäiseen faasiin. Täten liuotettu aine kulkee edestakaisin kiinteästä faasista nestefaasiin samalla nopeudella; kun tämä tapahtuu, liuoksen sanotaan olevan kylläinen.

oversaturation

Tasapainon pakottamiseksi kiinteämmän aineen liukenemiseen nestemäisen faasin on avattava molekyylitila, ja tätä varten on tarpeen stimuloida sitä energisesti. Tämä saa liuottimen pääsemään enemmän liukenevaa ainetta kuin se normaalisti pystyy ympäristön lämpötilassa ja paineessa.

Kun energian osuus nestemäisestä faasista on lakannut, ylikyllästetty liuos pysyy metastablena. Siksi, ennen häiriöitä, se voi rikkoa tasapainonsa ja aiheuttaa ylimääräisen liuenneen aineen kiteytymisen, kunnes se saavuttaa jälleen kyllästymistasapainon.

Esimerkiksi, kun otetaan huomioon liukoinen aine, joka liukenee hyvin veteen, lisätään tietty määrä sitä, kunnes kiinteä aine ei voi liueta. Sitten lämpöä viedään veteen, kunnes jäljelle jäävän kiinteän aineen liukeneminen on taattu. Ylikyllästetty liuos poistetaan ja annetaan jäähtyä.

Jos jäähdytys on erittäin äkillistä, kiteytyminen tapahtuu heti; esimerkiksi lisäämällä vähän jäätä tyydyttyneeseen liuokseen.

Sama vaikutus voitiin havaita myös, jos liukoisen yhdisteen kide heitettiin veteen. Tämä toimii ydinmuodostuksen tukena liuenneille hiukkasille. Kide kasvaa keräämällä väliaineen hiukkasia, kunnes nestemäinen faasi on stabiloitunut; ts. kunnes liuos on kyllästetty.

ominaisuudet

Ylikyllästetyissä liuoksissa on ylitetty raja, jossa liuotin ei enää liuennut liuenneen aineen määrää; siksi tämän tyyppisissä liuoksissa on ylimääräistä liuennut ainetta ja sillä on seuraavat ominaisuudet:

- Ne voivat esiintyä niiden komponenttien kanssa yhdessä faasissa, kuten vesipitoisissa tai kaasumaisissa liuoksissa, tai ne voivat esiintyä kaasuseoksena nestemäisessä väliaineessa.

-Saatuessaan kyllästymisasteeseen liukenematon aine, joka ei ole liuennut, kiteytyy tai saostuu (muodostaa epäorgaanisen kiinteän aineen, epäpuhdas ja ilman rakennekuvioita) helposti liuokseen.

- Se on epävakaa ratkaisu. Kun liukenematon määrä liukenematonta liuennut ainetta saostuu, tapahtuu lämmön vapautumista, joka on verrannollinen sakan määrään. Tämä lämpö syntyy kiteytyvien molekyylien paikallisesta tai in situ-törmäyksestä. Koska se stabiloituu, sen on välttämättä vapautettava energiaa lämmön muodossa (näissä tapauksissa).

-Jotkut fysikaaliset ominaisuudet, kuten liukoisuus, tiheys, viskositeetti ja taitekerroin, riippuvat lämpötilasta, tilavuudesta ja paineesta, joille liuos altistetaan. Tästä syystä sillä on erilaiset ominaisuudet kuin vastaavilla kylläisillä liuoksilla.

Kuinka valmistaudut?

Liuosten valmistuksessa on muuttujia, kuten liuenneen aineen tyyppi ja konsentraatio, liuottimen tilavuus, lämpötila tai paine. Muuttamalla mitä tahansa näistä, ylikyllästetty liuos voidaan valmistaa kylläisestä.

Kun liuos saavuttaa kylläisyyden tilan ja yhtä näistä muuttujista muutetaan, niin voidaan saada ylikyllästetty liuos. Yleensä edullinen muuttuja on lämpötila, vaikka se voi olla myös paine.

Jos ylikyllästetty liuos haihtuu hitaasti, kiinteän aineen hiukkaset kohtaavat ja voivat muodostaa viskoosin liuoksen tai kokonaisen kiteen.

Esimerkkejä ja sovelluksia

-Suolat, joita voidaan saada tyydyttyneistä liuoksista, on suuri määrä. Niitä on käytetty pitkään teollisesti ja kaupallisesti, ja niitä on tutkittu laajasti. Sovelluksia ovat natriumsulfaattiliuokset ja kaliumdikromaatin vesiliuokset.

- Sokeripitoisten liuosten, kuten hunajan, muodostamat ylikyllästetyt liuokset ovat muita esimerkkejä. Näistä valmistetaan karkkeja tai siirappeja, joilla on elintärkeä merkitys elintarviketeollisuudessa. On huomattava, että niitä käytetään myös lääketeollisuudessa joidenkin lääkkeiden valmistuksessa.

Viitteet

1. Kemian seuralainen keskiasteen luonnontieteiden opettajille. Ratkaisut ja keskittyminen.. Haettu 7. kesäkuuta 2018, osoitteesta: ice.chem.wisc.edu
2. K. Taimni. (1927). Ylikyllästettyjen ratkaisujen viskositeetti. I. The Journal of Physical Chemistry 32 (4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
3. Szewczyk, W. Sokolowski ja K. Sangwal. (1985). Joitakin tyydyttyneiden, ylikyllästettyjen ja alityydyttymättömien vesipitoisten kaliumbikromaattiliuosten fysikaalisia ominaisuuksia. Journal of Chemical & Engineering Data 30 (3), 243 - 246. DOI: 10.1021 / je00041a001
4. Wikipedia. (2018). Ylikylläisyyteen. Haettu 8. kesäkuuta 2018, osoitteesta: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
5. Roberts, Anna. (24. huhtikuuta 2017). Kuinka tehdä tyydyttyneitä ratkaisuja. Sciencing. Haettu 8. kesäkuuta 2018, osoitteesta: sciencing.com
6. TutorVista. (2018). Ylikyllästetty liuos. Haettu 8. kesäkuuta 2018, osoitteesta: chemistry.tutorvista.com
7. Neda Glisovic. (25. toukokuuta 2015). Kristalizacija.. Haettu 8. kesäkuuta 2018, osoitteesta: commons.wikimedia.org