Υπερκορεσμένο Διάλυμα

Όταν δύο ή περισσότερες καθαρές ουσίες αναμειγνύονται μεταξύ τους, το αποτέλεσμα είναι ένα μοριακά ομοιογενές μείγμα, η περιεκτικότητα του οποίου μπορεί να αλλάξει εντός ορισμένων παραμέτρων. Η διαλυμένη ουσία και ο διαλύτης είναι δύο συστατικά (ουσίες) σε ένα διάλυμα. Η παραγωγή ενός διαλύματος συμβαίνει κάθε φορά που συνδυάζονται δύο ή περισσότερες χημικές ουσίες. Με βάση την ποσότητα του διαλύτη που διαλύεται στο διάλυμα και τα ίδια τα διαλύματα. Μπορεί να ταξινομηθεί σε τρεις κατηγορίες. Το ακόρεστο διάλυμα, το κορεσμένο διάλυμα και το υπερκορεσμένο διάλυμα είναι οι τρεις τύποι.

Ακόρεστο διάλυμα:

Τα ακόρεστα διαλύματα είναι εκείνα στα οποία μπορεί εύκολα να διαλυθεί περισσότερη διαλυμένη ουσία, υποδεικνύοντας ότι δεν είναι κορεσμένα.

Κορεσμένο διάλυμα:

Το κορεσμένο διάλυμα είναι οποιοδήποτε διάλυμα στο οποίο δεν μπορεί να προστεθεί επιπλέον διαλυμένη ουσία.

Υπερκορεσμένο διάλυμα:

Ο ορισμός του υπερκορεσμένου διαλύματος είναι εκείνο που έχει περισσότερη διαλυμένη ουσία από ό,τι απαιτείται για την παρασκευή ενός κορεσμένου διαλύματος και γίνεται με θέρμανση ενός κορεσμένου διαλύματος, προσθήκη πλεονάζοντος διαλυμένης ουσίας και στη συνέχεια ψύξη του ήπια. Επιπλέον, με σπορά του Υπερκορεσμένου Διαλύματος με λιγότερους κρυστάλλους διαλυμένης ουσίας, η περίσσεια διαλυμένης ουσίας θα κρυσταλλωθεί.

Η δημιουργία μιας καλής ομοιόμορφης καλλιέργειας κρυστάλλων ζάχαρης, για παράδειγμα, είναι το αντικείμενο που βράζει τηγάνι. Η διατήρηση του ελέγχου του ρυθμού κρυστάλλωσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ανάπτυξης είναι μια κρίσιμη προϋπόθεση για την επίτευξη αυτού του στόχου. Γενικά, μια κρυσταλλική επιφάνεια που διατηρείται σε ένα διάλυμα θα αναπτυχθεί μόνο εάν η συγκέντρωση του διαλύματος διατηρείται υψηλότερη από τη συγκέντρωση κορεσμού. Υπερκορεσμένο είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει μια τέτοια λύση.

Υπερκορεσμός στην αλλαγή φάσης (κρυστάλλωση και συμπύκνωση):

1. Οι φυσικές και χημικές διεργασίες κάθε συστήματος λαμβάνουν χώρα στη φάση τήγματος ατμών ή διαλύματος μέσω της σύνθεσης τρισδιάστατων τρισδιάστατων πυρήνων μιας νέας φάσης, η οποία μπορεί να συμβεί μόνο όταν το μέσο είναι υπερκορεσμένο.
2. Η παραγωγή των πυρήνων συνδέεται με μια μετατόπιση της ελεύθερης ενέργειας του συστήματος. Ακόμα κι αν είναι θερμοδυναμικά κατανοητό, οι πυρήνες της νέας φάσης δεν σχηματίζονται στο ομογενές σύστημα μόλις το σύστημα γίνει υπερκορεσμένο.
3. Το σύστημα θεωρείται ότι βρίσκεται σε κατάσταση μετασταθερής ισορροπίας εάν μπορεί να παραμείνει σε αυτήν την κατάσταση χωρίς να επιτύχει την ελάχιστη ελεύθερη ενέργεια της κατάστασης ισορροπίας.
4. Με άλλα λόγια, σε τέτοιες περιπτώσεις, η πυρήνωση της νέας φάσης λαμβάνει χώρα μετά από μια χρονική περίοδο, η διάρκεια της οποίας καθορίζεται από παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η πίεση του συστήματος, η παρουσία χημικών φάσεων εκτός της φάσης πυρηνοποίησης, και αυξημένα επίπεδα υπερκορεσμού, που διευκολύνουν τον πυρήνα της νέας φάσης.
5. Όταν η νέα φάση πυρηνώνεται αμέσως, ωστόσο, υπάρχει πάντα ένα επίπεδο υπερκορεσμού. Τότε είναι που εμφανίζεται η νέα φάση.
6. Αυτό το επίπεδο υπερκορεσμού καθορίζει το μετασταθερό πλάτος και αντιστοιχεί στο ανώτερο όριο της μετασταθερής συνθήκης ισορροπίας.

Εφαρμογές υπερκορεσμένου διαλύματος:

1. Βρίσκεται σε θερμοδυναμική ισορροπία όταν ένα διάλυμα στερεάς διαλυμένης ουσίας διαλυμένο σε υγρό διαλύτη είναι κορεσμένο. Για να κρυσταλλωθεί, η κατάσταση του συστήματος πρέπει να μεταβληθεί σε κατάσταση μη ισορροπίας, στην οποία η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα υπερβαίνει τη συγκέντρωση ισορροπίας της υπό τις δεδομένες συνθήκες διαλύματος. Υπερκορεσμένα διαλύματα είναι αυτά που βρίσκονται σε κατάσταση εκτός ισορροπίας. Η απλούστερη τεχνική για τη δημιουργία ενός υπερκορεσμένου διαλύματος είναι η ψύξη του.
2. Στο σημείο Α, παρασκευάζεται πρώτα ένα διάλυμα. Όταν ψυχθεί, αυτό το διάλυμα διασχίζει τη γραμμή κορεσμού και γίνεται κορεσμένο. Εάν ψυχθεί πέρα ​​από τη γραμμή κορεσμού στο σημείο Β, θα γίνει υπερκορεσμένος. Ωστόσο, μόνο και μόνο επειδή ένα διάλυμα είναι υπερκορεσμένο δεν σημαίνει ότι θα κρυσταλλωθεί αμέσως. Η μετασταθερότητα είναι μια ιδιότητα των υπερκορεσμένων διαλυμάτων. Αυτό δείχνει ότι για να ολοκληρωθεί η μετάβαση φάσης, πρέπει να ξεπεραστεί ένα εμπόδιο ελεύθερης ενέργειας.

Συμπέρασμα:

Η έρευνα υπερκορεσμού είναι επίσης σχετική με την ατμοσφαιρική έρευνα. Η παρουσία του υπερκορεσμού στην ατμόσφαιρα είναι γνωστή από τη δεκαετία του 1940. Όταν το νερό είναι υπερκορεσμένο, είναι χαρακτηριστικό να σχηματίζονται πλέγματα πάγου στην τροπόσφαιρα. Υπό τροποσφαιρικές συνθήκες, τα σωματίδια του νερού σε κορεσμένη κατάσταση δεν θα παράγουν πάγο. Τα μόρια του νερού δεν σχηματίζουν από μόνα τους πλέγμα πάγου σε πιέσεις κορεσμού. απαιτούν μια επιφάνεια για να συμπυκνωθεί ή συσσωματώματα υγρών μορίων νερού για να παγώσουν. Εξαιτίας αυτών των παραγόντων, η σχετική υγρασία πάνω από τον πάγο στην ατμόσφαιρα μπορεί να υπερβαίνει το 100%, υποδηλώνοντας ότι έχει συμβεί υπερκορεσμός.