SOLUTION SURSATURÉE: CARACTÉRISTIQUES, PRÉPARATION, EXEMPLES - CHIMIE - 2025

La solution sursaturée est une solution dans laquelle le solvant a dissous plus de soluté qu'il ne peut en dissoudre à l'équilibre de saturation. Tous ont en commun l'équilibre de saturation, à la différence que dans certaines solutions, celui-ci est atteint à des concentrations plus ou moins élevées de soluté.

Le soluté peut bien être un solide, tel que sucre, amidon, sels, etc. ou à partir d'un gaz, tel que le CO ₂ dans les boissons gazeuses. En appliquant le raisonnement moléculaire, les molécules de solvant entourent celles du soluté et cherchent à ouvrir un espace entre elles afin de retenir davantage le soluté.

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

Comment «forcer» le solvant à dissoudre plus de soluté? Par une augmentation de la température (ou de la pression, dans le cas des gaz). De cette manière, les vibrations moléculaires augmentent et le cristal commence à céder davantage de ses molécules à la dissolution, jusqu'à ce qu'il se dissolve complètement; c'est à ce moment que la solution est dite sursaturée.

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

Aspects théoriques

Saturation

Les solutions peuvent être constituées d'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 la saturation; Mais quel est cet équilibre?

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

A la surface du verre, ses composants entrent en collision pour y adhérer, ou ils peuvent également s'entourer de molécules de solvant; certains se détachent, certains bâton. Ce qui précède peut être représenté par l'équation suivante:

Solide <=> solide dissous

Dans les solutions diluées, «l'équilibre» est très éloigné à droite, car il y a tellement 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 qui est ajouté après agitation se dissoudra.

Une fois l'équilibre atteint, les particules du solide ajouté dès qu'elles se dissolvent dans le solvant et les 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, la solution est dite saturée.

Sursaturation

Pour forcer l'équilibre à la dissolution de plus solide, la phase liquide doit ouvrir l'espace moléculaire, et pour cela il est nécessaire de le stimuler énergiquement. Cela amène le solvant à admettre plus de soluté qu'il ne le peut normalement dans des 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, en cas de perturbation, il peut rompre son équilibre et provoquer la cristallisation de l'excès de soluté jusqu'à ce qu'il atteigne à nouveau l'équilibre de saturation.

Par exemple, étant donné un soluté très soluble dans l'eau, une certaine quantité 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 éliminée et laissée refroidir.

Si le refroidissement est très brusque, 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 croît en accumulant les particules du milieu jusqu'à ce que la phase liquide se stabilise; c'est-à-dire jusqu'à ce que la solution soit saturée.

caractéristiques

Dans les solutions sursaturées, la limite dans laquelle la quantité de soluté n'est plus dissoute par le solvant a été dépassée; par conséquent, ce type de solution a 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 forme de mélange de gaz dans un milieu liquide.

-En atteignant le degré de saturation, le soluté non dissous cristallisera ou précipitera (forme un solide désorganisé, impur et sans motifs structurels) facilement dans la solution.

-C'est une solution instable. Lorsqu'un excès de soluté non dissous précipite, il se produit un dégagement de chaleur proportionnel à la quantité de précipité. Cette chaleur est générée par la collision locale ou in situ des molécules cristallisantes. Parce qu'il se stabilise, 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 ses solutions saturées respectives.

Comment vous préparez-vous?

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 de ceux-ci, une solution sursaturée peut être préparée à partir d'une solution saturée.

Lorsque la solution atteint un état de saturation et qu'une de ces variables est modifiée, alors une solution sursaturée peut être obtenue. Généralement, la variable préférée est la température, bien qu'elle puisse également être la pression.

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

Exemples et applications

-Il existe une grande variété de sels avec lesquels des solutions sursaturées peuvent être obtenues. Ils sont utilisés depuis longtemps dans les domaines industriel et commercial et ont fait l'objet de recherches approfondies. Les applications incluent les solutions de sulfate de sodium et les solutions aqueuses de bichromate de potassium.

-Les solutions sursaturées formées par des solutions sucrées, comme le miel, sont d'autres exemples. A partir de ces bonbons ou sirops sont préparés, ayant une importance vitale dans l'industrie alimentaire. Il convient de noter qu'ils sont également appliqués dans l'industrie pharmaceutique dans la préparation de certains médicaments.

Références

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