محلول مغمور: الخصائص ، كيف يتم تحضيره والأمثلة
المحلول الفائق هو الحل الذي يذوب فيه المذيب أكثر ذوبانًا مما يمكن أن يذوب في توازن التشبع. تشترك جميعها في توازن التشبع ، مع اختلاف أنه في بعض الحلول يتحقق ذلك بتركيزات منخفضة أو أعلى من المذاب.
قد تكون المادة الصلبة مادة صلبة ، مثل السكر ، النشا ، الأملاح ، إلخ ؛ أو غاز ، مثل ثاني أكسيد الكربون في المشروبات الغازية. عند تطبيق المنطق الجزيئي ، فإن جزيئات المذيبات تحيط بجزيئات المذاب وتسعى إلى فتح مساحة بينها لاستيعاب كمية أكبر من المذاب.
وهكذا ، يأتي وقت لا تستطيع فيه تقارب ذوبان المذيبات التغلب على نقص المساحة ، مما يؤدي إلى توازن التشبع بين البلورة والمناطق المحيطة بها (الحل). في هذه المرحلة ، لا يهم مقدار البلورات التي يتم طحنها أو تحريكها: المذيبات لم تعد قادرة على إذابة المزيد من الذوبان.
كيفية "إجبار" المذيب على حل أكثر ذوبان؟ من خلال زيادة درجة الحرارة (أو الضغط ، في حالة الغازات). بهذه الطريقة ، تزيد الاهتزازات الجزيئية وتبدأ البلورة في إنتاج المزيد من جزيئاتها إلى المحلول ، حتى تذوب تمامًا ؛ وهنا يقال أن الحل مبالغ فيه.
تُظهر الصورة العلوية حلاً مفرط التشبع من أسيتات الصوديوم ، والتي تعد بلوراتها ناتجًا عن استعادة توازن التشبع.
الجوانب النظرية
التشبع
يمكن تشكيل المحاليل بواسطة تركيبة تشتمل على حالات المادة (صلبة أو سائلة أو غازية) ؛ ومع ذلك ، لديهم دائمًا مرحلة واحدة.
عندما يتعذر على المذيب إذابة المذاب تمامًا ، تتم ملاحظة مرحلة أخرى كنتيجة لذلك. هذه الحقيقة تعكس التوازن التشبع. لكن ما هو هذا التوازن؟
تتفاعل الأيونات أو الجزيئات في تكوين بلورات ، والتي تحدث على الأرجح على الأرجح لأن المذيب لا يمكن أن يجعلها متباعدة لفترة أطول.
على سطح الزجاج ، تصطدم مكوناته بالالتزام بهذا ، أو يمكن أيضًا أن تكون محاطة بجزيئات المذيبات ؛ بعض إجازة ، والبعض الآخر الالتزام. ما سبق يمكن تمثيله بالمعادلة التالية:
المواد الصلبة الذائبة الصلبة
في المحاليل المخففة ، يتحول "التوازن" إلى اليمين ، لأن هناك الكثير من المساحة المتاحة بين جزيئات المذيبات. من ناحية أخرى ، في المحاليل المركزة ، يمكن أن يذوب المذيب المذاب ، وستذوب المادة الصلبة المضافة بعد التحريض.
بمجرد الوصول إلى التوازن ، تضاف جزيئات المادة الصلبة بمجرد ذوبانها في المذيب والبعض الآخر ، في المحلول ، يجب "الخروج" لفتح مساحة والسماح بدمجها في الطور السائل. وهكذا ، يذهب المذاب ويأتي من الطور الصلب إلى الطور السائل بنفس السرعة ؛ عندما يحدث هذا ، يقال أن الحل مشبع.
التشبع
لإجبار التوازن على حل أكثر صلابة ، يجب أن يفتح الطور السائل مساحة جزيئية ، ولهذا من الضروري تحفيزه بنشاط. يؤدي هذا إلى قبول المذيب بمزيد من الذوبان أكثر مما يمكن عادة في ظروف درجة الحرارة والضغط المحيطة.
بمجرد توقف إمدادات الطاقة إلى المرحلة السائلة ، يظل المحلول المفرط التشبع ثابتًا. لذلك ، قبل أي اضطراب ، يمكن أن يكسر توازنه وينشأ تبلور الفائض من المذاب حتى يصل إلى توازن التشبع مرة أخرى.
على سبيل المثال ، عند إعطاء مادة قابلة للذوبان في الماء ، تتم إضافة كمية معينة منه حتى لا تتمكن المادة الصلبة من الذوبان. ثم يتم تطبيق الحرارة على الماء ، حتى يتم إذابة المادة الصلبة المتبقية. تتم إزالة محلول مفرط التشبع ويسمح ليبرد.
إذا كان التبريد مفاجئًا جدًا ، فسيحدث التبلور على الفور ؛ على سبيل المثال ، إضافة القليل من الجليد إلى محلول مفرط التشبع.
يمكن ملاحظة نفس التأثير إذا تم إلقاء بلورة من المركب القابل للذوبان في الماء. هذا بمثابة دعم nucleation للجزيئات الذائبة. ينمو البلورة عن طريق تجميع جزيئات الوسط حتى يستقر الطور السائل ؛ وهذا هو ، حتى يتم تشبع الحل.
ملامح
في المحاليل المفرطة التشبع تم تجاوز الحد الذي لم يعد فيه المذيب يذوب. لذلك ، هذا النوع من الحلول يحتوي 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 بلوغ درجة التشبع ، فإن المادة المذابة التي لم يتم إذابتها ستتبلور أو تترسب (تشكل مادة صلبة غير منظمة ، غير نقية ودون معايير هيكلية) بسهولة في المحلول.
- إنه حل غير مستقر. عندما تترسب المادة المذابة الزائدة غير الذائبة ، يتم إنتاج إطلاق حراري يتناسب مع كمية المادة المترسبة. يتم توليد هذه الحرارة من خلال التأثير المحلي أو الموضعي للجزيئات التي تتبلور. لأنه مستقر ، يجب أن يطلق الطاقة بالضرورة في شكل حرارة (في هذه الحالات).
- تعتمد بعض الخصائص الفيزيائية مثل الذوبان والكثافة واللزوجة ومؤشر الانكسار على درجة الحرارة والحجم والضغط الذي يتعرض له المحلول. لهذا السبب فإنه يحتوي على خصائص مختلفة عن حلولهم المشبعة.
كيف يتم إعداده؟
هناك متغيرات في إعداد المحاليل ، مثل نوع وتركيز المادة المذابة ، 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 عندئذ الحصول على حل مفرط التشبع. بشكل عام ، المتغير المفضل هو درجة الحرارة ، على الرغم من أنه يمكن أن يكون الضغط أيضًا.
إذا تعرض محلول مفرط التشبع إلى التبخر البطيء ، فسيتم العثور على الجزيئات الصلبة ويمكن أن تشكل محلولًا لزجًا أو بلورة كاملة.
أمثلة وتطبيقات
- يوجد مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأملاح التي يمكنك من خلالها الحصول على حلول مفرطة التشبع. وقد استخدمت لفترة طويلة على المستوى الصناعي والتجاري ، وكانت موضوع تحقيقات عديدة. وتشمل التطبيقات محاليل سلفات الصوديوم والمحاليل المائية لبيكرومات البوتاسيوم.
-الحلول المفرطة التي تشكلها المحاليل السكرية ، مثل العسل ، هي أمثلة أخرى. من هذه الحلوى الجاهزة أو شراب ، لها أهمية حيوية في صناعة المواد الغذائية. ينطبق أيضًا على صناعة الأدوية في إعداد بعض الأدوية.
