Solução supersaturada: características, preparação, exemplos - Ciência - 2023

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

O soluto pode ser um sólido, como açúcar, amido, sais, etc.; ou de um gás, como CO₂ em bebidas carbonatadas. Aplicando o raciocínio molecular, as moléculas de solvente circundam as do soluto e buscam abrir espaço entre si para poder abrigar mais soluto.

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

Como "forçar" o solvente a dissolver mais soluto? Através do aumento da temperatura (ou pressão, no caso dos gases). Dessa forma, as vibrações moleculares aumentam e o cristal começa a ceder mais de suas moléculas para se dissolver, até que se dissolva completamente; é quando a solução é considerada supersaturada.

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

Aspectos teóricos

Saturação

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

Quando o solvente não consegue dissolver completamente o soluto, uma outra fase é observada como consequência. Esse fato reflete o equilíbrio da saturação; Mas sobre o que é esse equilíbrio?

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

Na superfície do vidro, seus componentes colidem para aderir a ele ou também podem se cercar de moléculas de solvente; alguns saem, outros grudam. O acima pode ser representado pela seguinte equação:

Sólido <=> sólido dissolvido

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

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

Sobregaturação

Para forçar o equilíbrio à dissolução dos mais sólidos a fase líquida deve abrir o espaço molecular, e para isso é necessário estimulá-lo energeticamente. Isso faz com que o solvente admita mais soluto do que normalmente pode em condições de temperatura e pressão ambientes.

Uma vez que a contribuição de energia para a fase líquida cessa, a solução supersaturada permanece metaestável. Portanto, em caso de qualquer perturbação, ele pode quebrar seu equilíbrio e causar a cristalização do excesso de soluto até atingir novamente o equilíbrio de saturação.

Por exemplo, dado um soluto muito solúvel em água, uma certa quantidade é adicionada até que o sólido não se dissolva. Em seguida, o calor é aplicado na água, até que a dissolução do sólido remanescente seja garantida. A solução supersaturada é removida e deixada esfriar.

Se o resfriamento for muito abrupto, a cristalização ocorrerá instantaneamente; por exemplo, adicionar 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 um suporte de nucleação para as partículas dissolvidas.O cristal cresce acumulando as partículas do meio até que a fase líquida se estabilize; isto é, até que a solução esteja saturada.

Caracteristicas

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

-Podem existir com seus componentes em uma única fase, como em soluções aquosas ou gasosas, ou apresentar-se como uma mistura de gases em meio líquido.

-Ao atingir o grau de saturação, o soluto que não se dissolve se cristaliza ou precipita (forma um sólido desorganizado, impuro e sem padrões estruturais) facilmente na solução.

-É uma solução instável. Quando o excesso de soluto não dissolvido precipita, há uma liberação de calor que é proporcional à quantidade de precipitado. Este calor é gerado pelo choque local ou no local das moléculas que estão se 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 é submetida. Por este motivo, possui propriedades diferentes das respectivas soluções saturadas.

Como se prepara?

Existem variáveis no preparo das soluções, como o tipo e a concentração do soluto, o volume do solvente, a temperatura ou a pressão. Ao modificar qualquer um deles, 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, então uma solução supersaturada pode ser obtida. Em geral, a variável preferida é a temperatura, embora também possa ser a pressão.

Se uma solução supersaturada é submetida à evaporação lenta, as partículas do sólido se encontram e podem formar uma solução viscosa, ou um cristal inteiro.

Exemplos e aplicações

-Há uma grande variedade de sais com os quais soluções supersaturadas podem ser obtidas. Eles têm sido usados há muito tempo industrial e comercialmente e têm sido objeto de extensas pesquisas. As aplicações incluem soluções de sulfato de sódio e soluções aquosas de dicromato de potássio.

- Soluções supersaturadas formadas por soluções açucaradas, como o mel, são outros exemplos. A partir desses doces ou xaropes são preparados, tendo uma importância vital na indústria alimentícia. Deve-se destacar que também são aplicados na indústria farmacêutica no preparo de alguns medicamentos.

Referências

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