|
 |
|
U pokusu kristalizacije soli iz vodene otopine soli i vode dekantirali smo zasićenu otopinu i ostavili je na sobnoj temperaturi. Po uputama nismo trebali zagrijavati otapalo niti pripremljenu otopinu. Pokus je uspio, kako je voda hlapila na niti konca formirali su se kristali soli. Je li otopina i u jednom trenutku tijekom pokusa bila PREZASIĆENA? hvala
|
|
Ime i prezime:
Jelena Mihaljević
jelen_mihaljevic@yahoo.com
|
 |
 |
Prema općeprihvaćenim definicijama, nezasićena je ona otopina u kojoj se pri istoj temperaturi i istom tlaku može otopiti još topljive tvari, dok je zasićena otopina u ravnoteži s neotopljenom topljivom tvari, što će reći da se bez promjene uvjetâ u otapalu ne može otopiti više topljive tvari. Prezasićena je pak ona otopina u kojoj je pri danim uvjetima otopljeno više topljive tvari nego što bi sadržavala zasićena otopina. Očito, prezasićenu otopinu nije moguće dobiti direktno otapanjem topljive tvari, nego tako da se uvjeti u kojima je neka otopina pripravljena promijene tako da se topljivost smanji ispod one vrijednosti koja vrijedi za tu otopinu. Pored toga, prezasićena otopina može nastati i isparavanjem otapala iz zasićene otopine.
Npr. topljivost bakrovog(II) sulfata pentahidrata u vodi pri 20 °C iznosi 32 g/ 100 mL, pri 40 °C 44,6 g/ 100 mL, a pri 80 °C 83,8 g/L. Uzmemo li 44,6 g bakrovog(II) sulfata pentahidrata i pomiješamo li to sa 100 mL vode pri sobnoj temperaturi, nakon nekog vremena imat ćemo zasićenu otopinu i talog neotopljenog bakrovog(II) sulfata pentahidrata. Krenemo li tu otopinu grijati i miješati, talog će se početi otapati i kad otopina dosegne temperaturu od 40 °C, sav će se talog moći otopiti. Do tog trena, ako smo dobro miješali i dovoljno polako grijali, otopina je u svakom trenu bila zasićena. Kad taloga nestane, ulazimo u definicijski nezgodan moment jer više nema taloga s kojim bi zasićena otopina bila u ravnoteži, ali za svaku praktičnu primjenu ta je otopina zasićena. Kad se temperatura digne iznad 40 °C, otopina postaje nezasićena jer je topljivost sad veća od stvarne količine otopljene tvari. Nastavimo li grijati, otopina će biti sve nezasićenija jer topljivost cijelo vrijeme raste. Krenemo li u nekom času tu otopinu hladiti, ona će, analogno, biti nezasićena do 40 °C, a ispod te temperature bit će prezasićena. Točno pri 40 °C imamo opet problem s definicijom koja traži čvrstu tvar za ravnotežu, ali u praktičnom smislu imamo zasićenu otopinu. Iz prezasićene otopine, koja je termodinamički nestabilna, mogu početi rasti kristali bakrovog(II) sulfata pentahidrata. Njihov se rast može pokrenuti mehanički ili dodatkom neke tvari koja će potaknuti njihov rast, a mogu nastati i spontano, s tim da spontani rast, ovisno o konkretnoj temperaturi te otapalu i otopljenoj tvari, može početi bilo kad između odmah i nikad, što će reći da se radi o ponešto slabije predvidljivom procesu. Jednom kad kristali krenu rasti, oni će rasti dok ne dobijemo zasićenu otopinu u ravnoteži s kristalima. Paralelno s tim procesom kreće i nešto što se zove Ostwaldovo zrenje, a to je proces kojim manji kristali polako nestaju, a veći rastu, i tako dok, nakon dovoljno dugo vremena, nemamo samo jedan veliki kristal. U praktičnom svijetu to je vrijeme najčešće predugo pa obično samo vidimo da su najmanji kristali nestali, a veliki ponešto narasli.
I sad možemo na tvoj eksperiment. Ako je pripravljena otopina imala talog neotopljenih kristala, ona je po definiciji bila zasićena. Dekantiranjem te otopine njezin se sastav nije mijenjao, iako je ona sad ispala iz stroge definicije zasićene otopine. Zato sam gore pisao da je takva otopina u praktičnom smislu zasićena. Isparavanjem vode iz te otopine ona postaje prezasićena. Kako isparava sve više vode, otopina postaje sve prezasićenija dok u nekom času ne počnu rasti kristalići soli. Jednom kad se oni formiraju, otopina će brzo prijeći iz prezasićene u zasićenu i daljnjim isparavanjem svaki višak soli brzo će završiti u tim kristalima, tako da otopina više neće biti zasićena.
Ako je u otopinu od početka uronjen nekakav kristal soli, sav suvišak soli zbog isparavanja vode odmah će se početi izlučivati na tom kristalu. To znači da zasićena otopina u koju je uronjen kristalić neće imati priliku da zbog isparavanja postane prezasićena, nego će uvijek biti zasićena.
Ukratko, ako je u otopinu bio uronjen samo končić, ona je u nekom času mogla, ali nije morala biti prezasićena. Ako su na končiću bili i kristalići soli, onda nije mogla biti prezasićena.
Za kraj ću si dopustiti da sliku još malo zakompliciram. Isparavanje se, naime, zbiva na površini, a molekule otapala, kao ni čestice otopljenih tvari, nisu baš toliko brze da je otopina u svakom trenu posve pomiješana. To znači da isparavanje stvara povećanu koncentraciju topljive tvari na površini otopine. Ako je isparavanje dovoljno brzo i otopina dovoljno koncentrirana, na površini otapala može se stvoriti korica topljive tvari, i to čak i kod nezasićenih otopina. U tom svjetlu, zasićenost, nezasićenost i prezasićenost postaju relativni pojmovi čije značenje ovisi o tomu gledamo li cijelu otopinu ili neki njezin dio, kao i o tomu što točno želimo doznati ili napraviti. Da se opet vratim otopini soli iz eksperimenta, njezin je vrh, čak i ako su na končiću bili kristalići, mogao biti prezasićen, barem toliko da višak otopljene soli stigne difundirati do rastućih kristalića. Ako ih pak nije bilo, onda je otopina morala biti barem toliko prezasićena da uopće mogu nastati nekakvi kristali (a prije njih kristalne jezgre, tzv. nukle(us)i), budući da to ipak zahtijeva neku konačnu količinu vremena i barem mali stupanj prezasićenosti. Da se sad vratim praktičnom smislu, koncentracija prezasićenosti ne mora biti čak ni mjerljiva veća od koncentracije pri kojoj je otopina zasićena. Bitno je samo da postoji neki suvišak otopljene tvari koji će se moći izlučiti u formi kristalâ, a dalje sve ovisi o tomu što je i u čemu otopljeno.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
icvrtila@chem.pmf.hr
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
