과포화 솔루션 : 특성, 준비, 예 - 화학

과포화 용액 은 포화 평형 용해 용매보다 더 용질을 용해시킨 한 것이다. 모두 공통적으로 포화 평형을 가지고 있으며, 일부 용액에서는 이것이 더 낮거나 더 높은 농도의 용질에 도달한다는 차이가 있습니다.

용질은 설탕, 전분, 소금 등과 같은 고체 일 수 있습니다. 또는 가스로부터, 예컨대 CO 등 _이 탄산 음료이다. 분자 추론을 적용하면 용매 분자가 용질 분자를 둘러싸고 용질을 더 많이 보유하기 위해 그들 사이에 공간을 확보하려고합니다.

따라서 용매-용질 친화력이 공간 부족을 극복 할 수 없어 결정과 주변 (용액) 사이의 포화 평형을 설정할 수있는 때가 왔습니다. 이 시점에서 결정이 얼마나 분쇄되거나 흔들리는지는 중요하지 않습니다. 용매는 더 이상 용질을 더 이상 용해시킬 수 없습니다.

더 많은 용질을 용해하도록 용매를 "강제"하는 방법은 무엇입니까? 온도 (또는 가스의 경우 압력)의 증가를 통해. 이런 식으로 분자 진동이 증가하고 결정이 완전히 용해 될 때까지 더 많은 분자가 용해되기 시작합니다. 이것은 솔루션이 과포화되었다고 말할 때입니다.

위 이미지는 과포화 아세트산 나트륨 용액을 보여 주며, 그 결정은 포화 평형 회복의 산물입니다.

이론적 측면

용액은 물질 상태 (고체, 액체 또는 기체)를 포함하는 구성으로 구성 될 수 있습니다. 그러나 그들은 항상 단일 단계를 가지고 있습니다.

용매가 용질을 완전히 용해시킬 수없는 경우 결과적으로 다른 상이 관찰됩니다. 이 사실은 채도의 균형을 반영합니다. 그러나이 균형은 무엇입니까?

이온 또는 분자는 상호 작용하여 결정을 형성하며 용매가 더 이상 분리 할 수 없기 때문에 발생 가능성이 더 높습니다.

유리 표면에서 구성 요소가 충돌하여 부착되거나 용매 분자로 둘러싸 일 수도 있습니다. 일부는 벗겨지고 일부는 스틱입니다. 위는 다음 방정식으로 나타낼 수 있습니다.

고체 <=> 용해 된 고체

희석 된 용액에서 "평형"은 용매 분자 사이에 사용 가능한 공간이 너무 많기 때문에 오른쪽으로 매우 멀리 떨어져 있습니다. 다른 한편으로, 농축 용액에서 용매는 여전히 용질을 용해시킬 수 있으며 교반 후 첨가 된 고체는 용해 될 것입니다.

평형에 도달하면 추가 된 고체의 입자가 용매에 용해되고 용액에서 다른 입자가 "나와야"공간을 열어 액상으로 통합됩니다. 따라서 용질은 동일한 속도로 고체상에서 액체상으로 앞뒤로 이동합니다. 이런 일이 발생하면 용액이 포화되었다고합니다.

더 많은 고체가 용해되도록 평형을 강제하려면 액체상이 분자 공간을 열어야하며이를 위해이를 에너지 적으로 자극해야합니다. 이로 인해 용매는 주변 온도 및 압력 조건에서 일반적으로 할 수있는 것보다 더 많은 용질을 허용합니다.

액상에 대한 에너지의 기여가 중단되면 과포화 용액은 준 안정 상태로 유지됩니다. 따라서 장애가 발생하면 평형을 깨고 다시 포화 평형에 도달 할 때까지 과잉 용질의 결정화를 일으킬 수 있습니다.

예를 들어, 물에 매우 잘 녹는 용질이 주어지면 고체가 녹을 수 없을 때까지 일정량을 첨가합니다. 그런 다음 남은 고체의 용해가 보장 될 때까지 물에 열을가합니다. 과포화 용액을 제거하고 냉각시킵니다.

냉각이 매우 갑작스러운 경우 결정화가 즉시 발생합니다. 예를 들어 과포화 용액에 약간의 얼음을 추가합니다.

수용성 화합물의 결정을 물에 던지면 동일한 효과를 볼 수 있습니다. 이것은 용해 된 입자에 대한 핵 형성 지원 역할을합니다. 결정은 액체상이 안정화 될 때까지 매질의 입자를 축적하면서 성장합니다. 즉, 용액이 포화 될 때까지.

과포화 용액에서 용질의 양이 더 이상 용매에 의해 용해되지 않는 한계를 초과했습니다. 따라서 이러한 유형의 용액에는 과량의 용질이 있으며 다음과 같은 특성이 있습니다.

-수성 또는 기체 용액에서와 같이 단일 상으로 구성 요소와 함께 존재할 수 있거나 액체 매질에서 기체 혼합물로 존재할 수 있습니다.

-포화도에 도달하면 용해되지 않은 용질은 용액에서 쉽게 결정화되거나 침전됩니다 (불순하고 구조적인 패턴이없는 무질서 고체를 형성).

-불안정한 솔루션입니다. 과량의 용해되지 않은 용질이 침전되면 침전물의 양에 비례하는 열이 방출됩니다. 이 열은 결정화 분자의 국부적 또는 현장 충돌에 의해 생성됩니다. 안정화되기 때문에 반드시 열의 형태로 에너지를 방출해야합니다 (이 경우).

-용해도, 밀도, 점도 및 굴절률과 같은 일부 물리적 특성은 용액이받는 온도, 부피 및 압력에 따라 다릅니다. 이러한 이유로 각 포화 용액과는 다른 특성을 가지고 있습니다.

용액 준비에는 용질의 유형과 농도, 용매의 부피, 온도 또는 압력과 같은 변수가 있습니다. 이들 중 하나를 수정함으로써 포화 용액에서 과포화 용액을 제조 할 수 있습니다.

솔루션이 포화 상태에 도달하고 이러한 변수 중 하나가 수정되면 과포화 솔루션을 얻을 수 있습니다. 일반적으로 선호되는 변수는 온도이지만 압력 일 수도 있습니다.

과포화 용액이 천천히 증발하면 고체 입자가 만나 점성 용액 또는 전체 결정을 형성 할 수 있습니다.

-과포화 용액을 얻을 수있는 다양한 염이 있습니다. 그들은 오랫동안 산업적으로나 상업적으로 사용되어 왔으며 광범위한 연구의 주제였습니다. 응용 분야에는 황산나트륨 용액 및 중크롬산 칼륨 수용액이 포함됩니다.

-꿀과 같은 설탕 용액에 의해 형성된 과포화 용액이 다른 예입니다. 이 사탕이나 시럽을 준비하여 식품 산업에서 매우 중요합니다. 그들은 또한 일부 약물의 제조에 제약 산업에서 적용된다는 점에 유의해야합니다.

중학교 과학 교사를위한 화학 동반자. 솔루션 및 농도. . 2018 년 6 월 7 일 검색 : ice.chem.wisc.edu
K. Taimni. (1927). 과포화 용액의 점도. 나는. 물리 화학 저널 32 (4), 604-615 DOI : 10.1021 / j150286a011
Szewczyk, W. Sokolowski 및 K. Sangwal. (1985). 포화, 과포화 및 불포화 중크롬산 칼륨 수용액의 일부 물리적 특성. 화학 및 공학 데이터 저널 30 (3), 243-246. DOI : 10.1021 / je00041a001
Wikipedia. (2018). 과포화. 2018 년 6 월 8 일 검색 : en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
로버츠, 안나. (2017 년 4 월 24 일). 과포화 솔루션을 만드는 방법. 과학. 2018 년 6 월 8 일 검색 : sciencing.com
TutorVista. (2018). 과포화 솔루션. 2018 년 6 월 8 일 검색 : chemistry.tutorvista.com
네다 글 리소 비치. (2015 년 5 월 25 일). Kristalizacija. . 2018 년 6 월 8 일, commons.wikimedia.org에서 검색 됨