過飽和溶液は、溶媒が、それが飽和平衡状態で溶解することができるよりも多くの溶質を溶解させたものです。すべてに共通の飽和平衡がありますが、一部のソリューションでは、これは溶質の濃度が低い場合や高い場合に達します。
溶質は、糖、デンプン、塩などの固体であってもよい。または炭酸飲料中のCO 2などのガスから。分子推論を適用すると、溶媒分子は溶質の分子を取り囲み、溶質をより多く保持するためにそれらの間の空間を広げようとします。
したがって、溶媒と溶質の親和性が空間の不足を克服できず、結晶とその周囲（溶液）の間の飽和平衡を確立する時が来ます。この時点では、結晶がどれだけ粉砕または振られているかは問題ではありません-溶媒はもはや溶質を溶解できなくなります。
溶媒を「強制」してより多くの溶質を溶解させる方法は？温度（またはガスの場合は圧力）の上昇を通じて。このようにして、分子の振動が増加し、結晶が完全に溶解するまで、結晶はより多くの分子を溶解し始めます。これは、ソリューションが過飽和であると言われるときです。
上の画像は、過飽和酢酸ナトリウム溶液を示しています。その結晶は、飽和平衡の回復の産物です。
理論的側面
飽和
溶液は、物質の状態（固体、液体、気体）を含む組成で構成できます。ただし、それらには常に単一フェーズがあります。
溶媒が溶質を完全に溶解できない場合、結果として別の相が観察されます。この事実は、飽和のバランスを反映しています。しかし、このバランスは何ですか？
イオンまたは分子は相互作用して結晶を形成しますが、溶媒がそれらをもはや離しておくことができないために発生する可能性が高くなります。
ガラスの表面では、その構成要素が衝突してガラスに付着するか、またはガラス分子が溶媒分子で囲まれることもあります。いくつかは外れ、いくつかはスティックです。上記は次の方程式で表すことができます。
固体<=>溶解固体
希薄溶液では、溶媒分子間に利用可能な空間が非常に多いため、「平衡」は非常に遠くにあります。一方、濃縮溶液では、溶媒は依然として溶質を溶解でき、攪拌後に追加された固体は溶解します。
平衡に達すると、追加された固体の粒子は、溶媒や他の溶液に溶解するとすぐに「出て」空間を開き、液相に取り込まれるようになります。したがって、溶質は同じ速度で固相から液相に行き来します。これが発生すると、ソリューションは飽和状態になります。
過飽和
平衡をより固体の溶解に強制するには、液相が分子空間を開かなければならず、これのためにそれをエネルギー的に刺激する必要があります。これにより、溶媒は周囲温度および圧力条件下で通常よりも多くの溶質を受け入れるようになります。
液相へのエネルギーの寄与が停止すると、過飽和溶液は準安定のままです。したがって、何らかの障害が発生した場合は、平衡を破り、再び飽和平衡に達するまで過剰溶質の結晶化を引き起こす可能性があります。
たとえば、水に非常に溶けやすい溶質が与えられた場合、固体が溶解できなくなるまで、一定量の溶質を加えます。次に、残りの固体の溶解が保証されるまで、水に熱を加えます。過飽和溶液を取り出し、冷却する。
冷却が急激であると、結晶化がすぐに起こります。たとえば、過飽和溶液に氷を少し加えます。
水溶性化合物の結晶を水中に投入した場合も同様の効果が見られた。これは、溶解した粒子の核生成サポートとして機能します。結晶は成長し、液相が安定するまで媒体の粒子を蓄積します。つまり、ソリューションが飽和するまでです。
特徴
過飽和溶液では、溶質の量が溶媒によってもはや溶解されない限界を超えています。したがって、このタイプの溶液は溶質が過剰で、次の特性があります。
-それらは、水溶液や気体の溶液のように単相で成分が存在したり、液体媒体に気体の混合物として存在したりすることができます。
-飽和度に達すると、溶解していない溶質は、溶液中で容易に結晶化または沈殿します（組織化されていない固体を形成し、不純で構造的なパターンがありません）。
-それは不安定なソリューションです。溶解していない溶質が過剰に沈殿すると、沈殿の量に比例する熱が放出されます。この熱は、結晶化分子の局所的またはその場での衝突によって発生します。安定するため、必然的に熱の形でエネルギーを放出する必要があります（これらの場合）。
-溶解度、密度、粘度、屈折率などのいくつかの物理的特性は、溶液が受ける温度、体積、圧力に依存します。このため、それぞれの飽和溶液とは異なる特性があります。
どのように準備しますか？
溶質の種類と濃度、溶媒の容量、温度、圧力など、溶液の準備には変数があります。これらのいずれかを変更することにより、過飽和溶液を飽和溶液から調製することができます。
解が飽和状態に達し、これらの変数の1つが変更されると、過飽和解が得られます。一般に、好ましい変数は温度ですが、圧力でもかまいません。
過飽和溶液がゆっくりと蒸発する場合、固体の粒子が出会って粘性溶液または結晶全体を形成する可能性があります。
例とアプリケーション
-過飽和溶液を得ることができる塩には非常に多くの種類があります。それらは工業的および商業的に長い間使用されており、広範な研究の対象となっています。アプリケーションには、硫酸ナトリウム溶液および重クロム酸カリウム水溶液が含まれます。
-蜂蜜などの糖質溶液で形成された過飽和溶液は他の例です。これらのキャンディーやシロップから調製され、食品業界で非常に重要です。それらは、いくつかの薬物の調製において製薬業界でも適用されることに注意すべきである。
参考文献
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