و حل الفوق هو الذي المذيب قد حلت أكثر المذاب مما يمكن أن تذوب في التوازن التشبع. تشترك جميعها في توازن التشبع ، مع الاختلاف الذي يتم الوصول إليه في بعض الحلول بتركيزات منخفضة أو أعلى من المذاب.
قد يكون المذاب مادة صلبة ، مثل السكر والنشا والأملاح وما إلى ذلك ؛ أو من الغاز، مثل CO 2 في المشروبات الغازية. بتطبيق التفكير الجزيئي ، تحيط جزيئات المذيب بجزيئات المذاب وتسعى إلى فتح مساحة بينها من أجل الاحتفاظ بالمزيد من المذاب.
وبالتالي ، يأتي وقت لا تستطيع فيه تقارب المذيب المذاب التغلب على نقص المساحة ، مما يؤدي إلى إنشاء توازن التشبع بين البلورة ومحيطها (المحلول). في هذه المرحلة ، لا يهم مقدار طحن البلورات أو اهتزازها: لم يعد المذيب قادرًا على إذابة أي مادة مذابة.
كيف "تجبر" المذيب ليذوب أكثر؟ من خلال زيادة درجة الحرارة (أو الضغط ، في حالة الغازات). بهذه الطريقة ، تزداد الاهتزازات الجزيئية وتبدأ البلورة بإنتاج المزيد من جزيئاتها لتذوب ، حتى تذوب تمامًا ؛ هذا عندما يقال أن الحل مفرط التشبع.
تُظهر الصورة العلوية محلول أسيتات الصوديوم مفرط التشبع ، وبلوراته هي نتاج استعادة توازن التشبع.
الجوانب النظرية
التشبع
يمكن أن تتكون الحلول من تركيبة تشمل حالات المادة (صلبة أو سائلة أو غازية) ؛ ومع ذلك ، لديهم دائمًا مرحلة واحدة.
عندما يتعذر على المذيب حل المذاب تمامًا ، يتم ملاحظة مرحلة أخرى نتيجة لذلك. هذه الحقيقة تعكس توازن التشبع. لكن ما هو هذا التوازن؟
تتفاعل الأيونات أو الجزيئات لتكوين بلورات ، ويحدث ذلك على الأرجح لأن المذيب لا يمكنه فصلها عن بعضها لفترة أطول.
على سطح الزجاج ، تتصادم مكوناته لتلتصق به ، أو يمكنها أيضًا إحاطة نفسها بجزيئات المذيبات ؛ البعض يؤتي ثماره. يمكن تمثيل ما سبق بالمعادلة التالية:
صلب <=> صلب مذاب
في المحاليل المخففة يكون "التوازن" بعيدًا جدًا إلى اليمين ، نظرًا لوجود مساحة كبيرة متاحة بين جزيئات المذيب. من ناحية أخرى ، في المحاليل المركزة ، يظل المذيب يذوب ، والمادة الصلبة التي تضاف بعد التقليب ستذوب.
بمجرد الوصول إلى التوازن ، يجب أن "تخرج" جسيمات المادة الصلبة المضافة بمجرد أن تذوب في المذيب وغيرها ، في المحلول ، لفتح الفضاء والسماح بدمجها في الطور السائل. وهكذا ، ينتقل المذاب ذهابًا وإيابًا من المرحلة الصلبة إلى الطور السائل بنفس السرعة ؛ عندما يحدث هذا ، يقال إن المحلول مشبع.
التشبع
لإجبار التوازن على إذابة مادة صلبة أكثر ، يجب أن تفتح المرحلة السائلة مساحة جزيئية ، ولهذا من الضروري تحفيزها بقوة. يؤدي هذا إلى قبول المذيب بدرجة مذابة أكثر مما يمكنه عادةً في ظل ظروف الضغط ودرجة الحرارة المحيطة.
بمجرد أن تتوقف مساهمة الطاقة في المرحلة السائلة ، يظل المحلول مفرط التشبع ثابتًا. لذلك ، في حالة حدوث أي اضطراب ، يمكن أن يكسر توازنه ويسبب تبلور المذاب الزائد حتى يصل إلى توازن التشبع مرة أخرى.
على سبيل المثال ، بالنظر إلى مادة مذابة شديدة الذوبان في الماء ، تتم إضافة كمية معينة منها حتى لا تذوب المادة الصلبة. ثم يتم تطبيق الحرارة على الماء ، حتى يتم ضمان إذابة المادة الصلبة المتبقية. تتم إزالة المحلول مفرط التشبع وتركه ليبرد.
إذا كان التبريد مفاجئًا جدًا ، فسيحدث التبلور على الفور ؛ على سبيل المثال ، إضافة القليل من الثلج إلى محلول مفرط التشبع.
يمكن أيضًا ملاحظة التأثير نفسه إذا تم إلقاء بلورة من المركب القابل للذوبان في الماء. هذا بمثابة دعم النواة للجسيمات الذائبة. تنمو البلورة متراكمة جزيئات الوسط حتى تستقر الطور السائل ؛ أي حتى يتشبع المحلول.
مميزات
في المحاليل المفرطة التشبع ، تم تجاوز الحد الذي لم يعد فيه المذيب يذوب بواسطة المذيب ؛ لذلك ، يحتوي هذا النوع من المحلول على فائض من المذاب وله الخصائص التالية:
- يمكن أن توجد مع مكوناتها في مرحلة واحدة ، كما هو الحال في المحاليل المائية أو الغازية ، أو موجودة كمزيج من الغازات في وسط سائل.
- عند الوصول إلى درجة التشبع ، فإن المادة المذابة غير المذابة سوف تتبلور أو تترسب (تشكل مادة صلبة غير منظمة ، وغير نقية وبدون أنماط هيكلية) بسهولة في المحلول.
-إنه حل غير مستقر. عندما تترسب المادة المذابة الزائدة غير المذابة ، يكون هناك إطلاق للحرارة يتناسب مع كمية المادة المترسبة. تتولد هذه الحرارة عن طريق الاصطدام الموضعي أو في الموقع لجزيئات البلورة. لأنه يستقر ، يجب بالضرورة إطلاق الطاقة على شكل حرارة (في هذه الحالات).
- تعتمد بعض الخصائص الفيزيائية مثل الذوبان والكثافة واللزوجة ومعامل الانكسار على درجة الحرارة والحجم والضغط الذي يتعرض له المحلول. لهذا السبب لها خصائص مختلفة عن الحلول المشبعة الخاصة بها.
كيف تستعد؟
هناك متغيرات في تحضير المحاليل ، مثل نوع وتركيز المذاب ، وحجم المذيب ، ودرجة الحرارة أو الضغط. عن طريق تعديل أي من هذه ، يمكن تحضير محلول مفرط التشبع من محلول مشبع.
عندما يصل المحلول إلى حالة التشبع ويتم تعديل أحد هذه المتغيرات ، يمكن الحصول على محلول مفرط التشبع. بشكل عام ، المتغير المفضل هو درجة الحرارة ، على الرغم من أنه يمكن أن يكون الضغط أيضًا.
إذا تعرض محلول مفرط التشبع لتبخر بطيء ، فإن جزيئات المادة الصلبة تلتقي ويمكن أن تشكل محلولًا لزجًا ، أو بلورة كاملة.
أمثلة وتطبيقات
- هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأملاح التي يمكن من خلالها الحصول على محاليل مفرطة التشبع. لقد تم استخدامها لفترة طويلة صناعيًا وتجاريًا ، وكانت موضوعًا لأبحاث مكثفة. تشمل التطبيقات محاليل كبريتات الصوديوم ومحاليل ثاني كرومات البوتاسيوم المائية.
- المحاليل المفرطة المشبعة التي تتكون من المحاليل السكرية مثل العسل هي أمثلة أخرى. من هذه الحلوى أو العصائر يتم تحضيرها ، ولها أهمية حيوية في صناعة المواد الغذائية. وتجدر الإشارة إلى أنها تستخدم أيضًا في صناعة الأدوية في تحضير بعض الأدوية.
المراجع
- رفيق الكيمياء لمعلمي العلوم في المرحلة المتوسطة. الحلول والتركيز.. تم الاسترجاع في 7 يونيو 2018 من: ice.chem.wisc.edu
- ك. تيمني. (1927). لزوجة المحاليل فائقة التشبع. أنا. مجلة الكيمياء الفيزيائية 32 (4) ، 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
- Szewczyk و W. Sokolowski و K. Sangwal. (1985). بعض الخواص الفيزيائية لمحاليل ثنائي كرومات البوتاسيوم المائي المشبع ، مفرط التشبع وغير المشبع. مجلة البيانات الكيميائية والهندسية 30 (3) ، 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
- ويكيبيديا. (2018). التشبع. تم الاسترجاع في 08 يونيو 2018 من: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
- روبرتس ، آنا. (24 أبريل 2017). كيفية صنع محلول فائق التشبع. علم. تم الاسترجاع في 8 يونيو 2018 من: sciencing.com
- TutorVista. (2018). محلول مفرط التشبع. تم الاسترجاع في 8 يونيو 2018 ، من: chemistry.tutorvista.com
- ندى جليسوفيتش. (25 مايو 2015). كريستالزاكيجا.. تم الاسترجاع في 8 يونيو 2018 من: commons.wikimedia.org