Sobresaturación
La sobresaturación ocurre con una solución química cuando la concentración de un soluto excede la concentración especificada por el valor de solubilidad en equilibrio . Más comúnmente, el término se aplica a una solución de un sólido en un líquido. Una solución sobresaturada se encuentra en un estado metaestable ; se puede llevar al equilibrio obligando a que el exceso de soluto se separe de la solución. El término también se puede aplicar a una mezcla de gases.
Los primeros estudios del fenómeno se realizaron con sulfato de sodio , también conocido como sal de Glauber porque, inusualmente, la solubilidad de esta sal en agua puede disminuir al aumentar la temperatura. Tomlinson ha resumido los primeros estudios. [1] Se demostró que la cristalización de una solución sobresaturada no proviene simplemente de su agitación (la creencia anterior) sino de la entrada de materia sólida y que actúa como un sitio "de partida" para que se formen los cristales, ahora llamados "semillas". Ampliando esto, Gay-Lussac llamó la atención sobre la cinemáticade iones de sal y las características del recipiente que tienen un impacto en el estado de sobresaturación. También pudo ampliar el número de sales con las que se puede obtener una solución sobresaturada. Posteriormente Henri Löwel llegó a la conclusión de que tanto los núcleos de la solución como las paredes del recipiente tienen un efecto catalizador sobre la solución que provoca la cristalización. Explicar y proporcionar un modelo para este fenómeno ha sido una tarea asumida por investigaciones más recientes. Désiré Gernez contribuyó a esta investigación al descubrir que los núcleos deben ser de la misma sal que se cristaliza para favorecer la cristalización.
Una solución de un compuesto químico en un líquido se sobresaturará cuando cambie la temperatura de la solución saturada . En la mayoría de los casos, la solubilidad disminuye al disminuir la temperatura; en tales casos, el exceso de soluto se separará rápidamente de la solución en forma de cristales o polvo amorfo . [2] [3] [4] En algunos casos ocurre el efecto contrario. El ejemplo del sulfato de sodio en agua es bien conocido y por eso se utilizó en los primeros estudios de solubilidad.
La recristalización [5] [6] es un proceso utilizado para purificar compuestos químicos. Se calienta una mezcla del compuesto impuro y el disolvente hasta que el compuesto se haya disuelto. Si queda alguna impureza sólida, se elimina por filtración . Cuando la temperatura de la solución se reduce posteriormente, se vuelve sobresaturada brevemente y luego el compuesto cristaliza hasta que se alcanza el equilibrio químico a la temperatura más baja. Las impurezas permanecen en el sobrenadante.líquido. En algunos casos, los cristales no se forman rápidamente y la solución permanece sobresaturada después de enfriarse. Esto se debe a que existe una barrera termodinámica para la formación de un cristal en un medio líquido. Por lo general, esto se supera agregando un cristal diminuto del compuesto de soluto a la solución sobresaturada, un proceso conocido como "siembra". Otro proceso de uso común es frotar una varilla en el costado de un recipiente de vidrio que contiene la solución para liberar partículas de vidrio microscópicas que pueden actuar como centros de nucleación. En la industria, la centrifugación se utiliza para separar los cristales del líquido sobrenadante.
Algunos compuestos y mezclas de compuestos pueden formar soluciones sobresaturadas de larga duración. Los carbohidratos son una clase de tales compuestos; La barrera termodinámica para la formación de cristales es bastante alta debido a los enlaces de hidrógeno extensos e irregulares con el disolvente, el agua. Por ejemplo, aunque la sacarosa se puede recristalizar fácilmente, su producto de hidrólisis, conocido como " azúcar invertido " o "jarabe dorado" es una mezcla de glucosa y fructosa que existe como un líquido viscoso sobresaturado. La miel clara contiene carbohidratos que pueden cristalizar durante un período de semanas.
La solubilidad de un gas en un líquido aumenta al aumentar la presión del gas. Cuando se reduce la presión externa, el exceso de gas sale de la solución.
