Caractéristiques de la solution sursaturée, préparation et exemples

Le solution sursaturée est un solvant dans lequel le solvant s'est dissous plus que ce qu'il peut dissoudre dans l'équilibre de saturation. Tous ont en commun l’équilibre de saturation, à la différence que dans certaines solutions, ceci est obtenu à des concentrations plus faibles ou plus élevées de soluté.

Le soluté peut bien être un solide, tel que le sucre, l'amidon, les sels, etc. ou un gaz, tel que le CO₂ dans les boissons gazeuses. En appliquant un raisonnement moléculaire, les molécules de solvant entourent celles du soluté et cherchent à ouvrir un espace entre elles pour recevoir davantage de soluté.

Ainsi, il arrive un moment où l'affinité solvant-soluté ne peut pas surmonter le manque d'espace, établissant l'équilibre de saturation entre le cristal et son environnement (la solution). À ce stade, peu importe combien les cristaux sont broyés ou agités: le solvant ne peut plus dissoudre plus de soluté.

Comment "forcer" le solvant à se dissoudre plus de soluté? Par augmentation de la température (ou de la pression dans le cas des gaz). De cette façon, les vibrations moléculaires augmentent et le cristal commence à donner plus de molécules à la solution, jusqu'à ce qu'il se dissolve complètement; c'est ici que la solution est dite sursaturée.

L'image supérieure montre une solution sursaturée d'acétate de sodium, dont les cristaux sont le produit de la restauration de l'équilibre de saturation.

Index

• 1 Aspects théoriques
  • 1.1 Saturation
  • 1.2 saturation
• 2 caractéristiques
• 3 Comment est-il préparé?
• 4 exemples et applications
• 5 références

Aspects théoriques

Saturation

Les solutions peuvent être formées par une composition comprenant les états de la matière (solide, liquide ou gazeux); cependant, ils ont toujours une seule phase.

Lorsque le solvant ne peut pas dissoudre complètement le soluté, une autre phase est observée en conséquence. Ce fait reflète l'équilibre de saturation; Mais de quoi parle cet équilibre?

Les ions ou les molécules interagissent pour former des cristaux, ce qui se produit plus probablement car le solvant ne peut pas les maintenir plus longtemps.

Sur la surface du verre, ses composants entrent en collision pour y adhérer ou ils peuvent également être entourés de molécules de solvant; certains partent, d'autres adhèrent. Ce qui précède peut être représenté avec l'équation suivante:

Solide <=> solide dissous

Dans les solutions diluées, "l'équilibre" est très décalé vers la droite, car il y a beaucoup d'espace disponible entre les molécules de solvant. D'autre part, dans les solutions concentrées, le solvant peut encore dissoudre le soluté et le solide ajouté après l'agitation se dissoudra.

Une fois l'équilibre atteint, les particules du solide ajoutées dès qu'elles se dissolvent dans le solvant et d'autres, en solution, doivent "sortir" pour ouvrir l'espace et permettre leur incorporation dans la phase liquide. Ainsi, le soluté va et vient de la phase solide à la phase liquide à la même vitesse; lorsque cela se produit, on dit que la solution est saturée.

Sursaturation

Pour forcer l'équilibre à la dissolution de plus solide, la phase liquide doit ouvrir l'espace moléculaire, et pour cela il faut le stimuler énergiquement. Cela amène le solvant à admettre plus de soluté qu'il ne le peut normalement dans les conditions de température et de pression ambiantes.

Une fois que l'apport d'énergie à la phase liquide a cessé, la solution sursaturée reste métastable. Par conséquent, avant toute perturbation, il peut rompre son équilibre et provoquer la cristallisation de l'excès de soluté jusqu'à atteindre à nouveau l'équilibre de saturation.

Par exemple, à partir d'un soluté très soluble dans l'eau, une certaine quantité de celui-ci est ajoutée jusqu'à ce que le solide ne puisse pas se dissoudre. Ensuite, de la chaleur est appliquée à l'eau jusqu'à ce que la dissolution du solide restant soit garantie. La solution sursaturée est retirée et laissée refroidir.

Si le refroidissement est très soudain, la cristallisation se produira instantanément; par exemple, ajouter un peu de glace à la solution sursaturée.

Le même effet pourrait également être observé si un cristal du composé soluble était jeté dans l'eau. Cela sert de support de nucléation pour les particules dissoutes. Le cristal se développe en accumulant les particules du milieu jusqu'à ce que la phase liquide soit stabilisée; c'est-à-dire jusqu'à ce que la solution soit saturée.

Caractéristiques

Dans les solutions sursaturées, la limite a été dépassée dans laquelle la quantité de soluté n'est plus dissoute par le solvant; par conséquent, ce type de solutions présente un excès de soluté et présente les caractéristiques suivantes:

-Ils peuvent exister avec leurs composants en une seule phase, comme dans des solutions aqueuses ou gazeuses, ou se présenter sous la forme d'un mélange de gaz dans un milieu liquide.

- En atteignant le degré de saturation, le soluté qui n'est pas dissous cristallise ou précipite (il forme un solide désorganisé, impur et sans normes structurelles) avec facilité dans la solution.

-C'est une solution instable. Lorsque le soluté en excès non dissous précipite, il se produit un dégagement de chaleur qui est proportionnel à la quantité de précipité. Cette chaleur est générée par le choc local ou in situ des molécules qui cristallisent.Parce qu'il est stabilisé, il doit nécessairement libérer de l'énergie sous forme de chaleur (dans ces cas).

- Certaines propriétés physiques telles que la solubilité, la densité, la viscosité et l'indice de réfraction dépendent de la température, du volume et de la pression auxquels la solution est soumise. Pour cette raison, il a des propriétés différentes de leurs solutions saturées respectives.

Comment est-il préparé?

Il existe des variables dans la préparation des solutions, telles que le type et la concentration du soluté, le volume de solvant, la température ou la pression. En modifiant l'un quelconque d'entre eux, une solution sursaturée peut être préparée à partir d'une solution saturée.

Lorsque la solution atteint un état de saturation et que l'une de ces variables est modifiée, une solution sursaturée peut alors être obtenue. En général, la variable préférée est la température, même si elle peut également être une pression.

Si une solution sursaturée est soumise à une évaporation lente, les particules solides se trouvent et peuvent former une solution visqueuse ou un cristal entier.

Exemples et applications

-Il existe une grande variété de sels avec lesquels vous pouvez obtenir des solutions sursaturées. Ils sont utilisés depuis longtemps au niveau industriel et commercial et ont fait l'objet de nombreuses enquêtes. Les applications comprennent des solutions de sulfate de sodium et des solutions aqueuses de bichromate de potassium.

- Les solutions sursaturées formées par des solutions sucrées, telles que le miel, en sont d’autres exemples. De ceux-ci sont préparés des bonbons ou des sirops, ayant une importance vitale dans l'industrie alimentaire. Il convient de noter également appliquer dans l'industrie pharmaceutique dans la préparation de certains médicaments.

Références 

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