Пересыщенные растворы

Пересыщенные растворы — это неустойчивые системы, которые содержат больше растворённого вещества, чем может раствориться при данной температуре.

Обычно пересыщенный раствор получают, нагревая насыщенный раствор, чтобы в нём растворилось больше вещества, а затем очень медленно и осторожно его охлаждая.

Если в процессе охлаждения в раствор не попадут никакие посторонние частицы и не будет сотрясений, избыток вещества не выпадает в осадок.

Примером пересыщенного раствора является раствор ацетата натрия, который используют в многоразовых согревающих грелках.

Фото: роста дендритных кристаллов в пересыщенном растворе.

Получение пересыщенных растворов

Растворимость большинства веществ уменьшается с понижением температуры, поэтому при охлаждении горячих насыщенных растворов избыток растворенного вещества обыкновенно выделяется в виде кристаллов.

Однако, если производить охлаждение осторожно и медленно, защитив при этом раствор от возможности попадания в него твердых частиц растворенного вещества извне, то выделения кристаллов может и не произойти.

В этом случае получится раствор, содержащий значительно больше растворенного вещества, чем его требуется для насыщения при данной температуре.

Это явление было открыто и подробно изучено русским академиком Т. Е. Ловицем (1794 г.), который назвал такие растворы пересыщенными.

Неустойчивость и кристаллизация

В спокойном состоянии они могут годами оставаться без изменения.

Но стоит только бросить в раствор кристаллик того вещества, которое в нем растворено, как тотчас же вокруг него начинают расти другие кристаллы и через короткое время весь избыток растворенного вещества выкристаллизовывается.

Иногда кристаллизация начинается от простого сотрясения раствора, а также от трения стеклянной палочкой о стенки сосуда, в котором находится раствор.

Тепловой эффект

При кристаллизации выделяется значительное количество тепла, так что сосуд с раствором заметно нагревается.

Очень легко образуют пересыщенные растворы глауберова соль, бура, гипосульфит и др.

Из сказанного следует, что пересыщенные растворы являются неустойчивыми системами, способными к существованию только при отсутствии в растворе твердых частиц растворенного вещества.

Причины устойчивости

Возможность длительного существования таких растворов объясняется трудностью первоначального возникновения мельчайших «зародышевых» кристалликов.

Так называемых центров кристаллизации, от которых кристаллизация распространяется на всю массу раствора.

Так как кристаллы каждого вещества характеризуются совершенно определенным расположением образующих эти кристаллы частиц.

То очевидно, что для возникновения центра кристаллизации необходимо, чтобы частицы, находящиеся, в растворе в состоянии непрерывного беспорядочного движения, сгруппировались в какой-то точке раствора именно в том порядке, который характерен для кристаллов данного вещества.

Может пройти довольно много времени, прежде чем такая группировка возникнет самопроизвольно.

Примеры веществ которые могут образовать пересыщенные растворы

Примеры веществ, которые легко образуют пересыщенные растворы, включают:

1. Ацетат натрия (CH₃​COONa): Это самый известный пример, используемый в химических грелках и «волшебных» кристаллах.
2. Глауберова соль (сульфат натрия, Na₂​SO₄​⋅10H₂​O): Этот раствор также легко переходит в пересыщенное состояние.
3. Гипосульфит (тиосульфат натрия, Na₂​S₂​O₃​): Часто используется в школьных экспериментах для демонстрации кристаллизации.
4. Бура (тетраборат натрия, Na₂​B_4​O₇​⋅10H₂​O): Тоже хорошо подходит для создания пересыщенного раствора.
5. Сахар: В домашних условиях можно получить пересыщенный раствор сахара для изготовления леденцов или «сахарных кристаллов».

Демонстрация получения пересыщенного раствора:

Необходимые материалы

1. Вода (примерно 100 мл)
2. Ацетат натрия (CH_3​COONa) (от 100 до 150 грамм)
3. Термостойкий стакан (химический стакан или стеклянная банка)
4. Плита или другой источник нагрева
5. Мерная ложка или шпатель
6. Маленький кристаллик ацетата натрия (для запуска реакции)

Шаги

1. Подготовьте раствор. Налейте 100 мл воды в термостойкий стакан и поставьте его на плиту.
2. Начните нагревать. Включите плиту и начните нагревать воду, не доводя её до кипения.
3. Растворите ацетат натрия. Постепенно, небольшими порциями, добавляйте ацетат натрия в горячую воду, постоянно помешивая. Продолжайте добавлять, пока вещество не перестанет растворяться.
4. Сделайте раствор пересыщенным. После того как раствор станет насыщенным (на дне останется нерастворенный осадок), добавьте ещё несколько ложек ацетата натрия. Продолжайте нагревать и помешивать, пока вся масса не станет прозрачной жидкостью.
5. Осторожно охладите. Снимите стакан с плиты. Перелейте горячий раствор в чистый, сухой сосуд. Накройте сосуд крышкой, чтобы исключить попадание пыли, и оставьте его остывать при комнатной температуре. Не встряхивайте и не перемещайте сосуд во время охлаждения.
6. Получите результат. После полного охлаждения вы получите прозрачную жидкость, которая является пересыщенным раствором.

Часто задаваемые вопросы: