Solução Sobredaturada: Características, Preparação, Exemplos

A solução supersaturada é aquela em que o solvente dissolveu mais soluto do que pode dissolver no equilíbrio da saturação. Todos têm em comum o balanço de saturação, com a diferença de que em algumas soluções isso é alcançado em concentrações mais baixas ou mais altas de soluto.

O soluto pode muito bem ser um sólido, como açúcar, amido, sais, etc; ou de um gás, como CO 2 em bebidas carbonatadas. Aplicando um raciocínio molecular, as moléculas de solvente circundam as do soluto e buscam abrir espaço entre si para acomodar mais soluto.

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Assim, chega um momento em que a afinidade solvente-soluto não pode superar a falta de espaço, estabelecendo o equilíbrio de saturação entre o cristal e seus arredores (a solução). Nesse ponto, não importa o quanto os cristais sejam moídos ou agitados: o solvente não pode mais dissolver mais soluto.

Como “forçar” o solvente a dissolver mais soluto? Através de um aumento de temperatura (ou pressão, no caso de gases). Dessa maneira, as vibrações moleculares aumentam e o cristal começa a produzir mais de suas moléculas na solução, até que se dissolva completamente; É aqui que se diz que a solução está supersaturada.

A imagem acima mostra uma solução supersaturada de acetato de sódio, cujos cristais são o produto da restauração do balanço de saturação.

Aspectos teóricos

Saturação

As soluções podem ser formadas por uma composição que inclui os estados da matéria (sólido, líquido ou gás); No entanto, eles sempre têm uma única fase.

Quando o solvente não pode dissolver completamente o soluto, outra fase é observada como conseqüência. Esse fato reflete o balanço de saturação; Mas sobre o que é esse equilíbrio?

Íons ou moléculas interagem para formar cristais, ocorrendo mais provavelmente porque o solvente não pode mantê-los separados por mais tempo.

Na superfície do cristal, seus componentes colidem para aderir a isso, ou eles também podem ser cercados por moléculas de solvente; alguns partem, outros aderem. O acima pode representar com a seguinte equação:

Sólido <=> sólido dissolvido

Em soluções diluídas, o “equilíbrio” é deslocado para a direita, porque há muito espaço disponível entre as moléculas de solvente. Por outro lado, nas soluções concentradas o solvente ainda pode dissolver o soluto, e o sólido que é adicionado após a agitação se dissolve.

Uma vez atingido o equilíbrio, as partículas do agregado sólido, logo que se dissolvem no solvente e outras, em solução, devem “sair” para abrir espaço e permitir sua incorporação na fase líquida. Assim, o soluto passa e vai da fase sólida para a fase líquida na mesma velocidade; Quando isso acontece, diz-se que a solução está saturada.

Sobredaturação

Para forçar o equilíbrio a dissolver mais sólido, a fase líquida deve abrir o espaço molecular e, para isso, é necessário estimulá-lo energicamente. Isso faz com que o solvente admita mais soluto do que normalmente pode em condições de temperatura e pressão ambiente.

O suprimento de energia para a fase líquida cessou, a solução supersaturada permanece metaestável. Portanto, no caso de qualquer perturbação, ele pode quebrar seu equilíbrio e fazer com que a cristalização do excesso de soluto atinja novamente o equilíbrio da saturação.

Por exemplo, dado um soluto muito solúvel em água, uma certa quantidade disso é adicionada até que o sólido não possa se dissolver. Em seguida, o calor é aplicado à água, até que o sólido restante seja dissolvido. A solução supersaturada é removida e deixada esfriar.

Se o resfriamento for muito acentuado, a cristalização ocorrerá instantaneamente; por exemplo, adicionando um pouco de gelo à solução supersaturada.

O mesmo efeito também poderia ser observado se um cristal do composto solúvel fosse jogado na água. Isso serve como suporte de nucleação para partículas dissolvidas. O cristal cresce acumulando as partículas do meio até que a fase líquida seja estabilizada; isto é, até a solução estar saturada.

Caracteristicas

Nas soluções supersaturadas, o limite foi excedido, em que a quantidade de soluto não é mais dissolvida pelo solvente; Portanto, esse tipo de solução possui excesso de soluto e possui as seguintes características:

-Eles podem existir com seus componentes em uma única fase, como em soluções aquosas ou gasosas, ou presentes como uma mistura de gases em um meio líquido.

– Ao atingir o grau de saturação, o soluto que não é dissolvido cristaliza ou precipita (forma um sólido desorganizado, impuro e sem padrões estruturais) com facilidade na solução.

-É uma solução instável. Quando o excesso de soluto não dissolvido precipita, há uma liberação de calor proporcional à quantidade de precipitado. Esse calor é gerado pelo choque local ou in situ das moléculas que estão cristalizando. Por se estabilizar, deve necessariamente liberar energia na forma de calor (nesses casos).

-Algumas propriedades físicas como solubilidade, densidade, viscosidade e índice de refração dependem da temperatura, volume e pressão a que a solução está sujeita. Por esse motivo, possui propriedades diferentes das respectivas soluções saturadas.

Como se prepara?

Existem variáveis ​​na preparação das soluções, como o tipo e a concentração do soluto, o volume do solvente, a temperatura ou a pressão. Modificando qualquer um destes, uma solução supersaturada pode ser preparada a partir de uma solução saturada.

Quando a solução atinge um estado de saturação e uma dessas variáveis ​​é modificada, uma solução supersaturada pode ser obtida. Em geral, a variável preferida é a temperatura, embora também possa ser pressão.

Se uma solução supersaturada for sujeita a evaporação lenta, as partículas sólidas se encontram e podem formar uma solução viscosa ou um cristal inteiro.

Exemplos e aplicações

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-Há uma grande variedade de sais com os quais podem ser obtidas soluções supersaturadas. Eles são utilizados há muito tempo em nível industrial e comercial e têm sido objeto de inúmeras investigações. As aplicações incluem soluções de sulfato de sódio e soluções aquosas de bicromato de potássio.

Soluções saturadas formadas por soluções de açúcar, como o mel, são outros exemplos. A partir desses doces ou xaropes são preparados, tendo uma importância vital na indústria de alimentos. Note-se também se aplica na indústria farmacêutica na preparação de alguns medicamentos.

Referências

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