過飽和溶液|化学

2 つ以上の純粋な物質が一緒に混合されると、結果は分子的に均一な混合物になり、その内容は特定のパラメーター内で変化する可能性があります。溶質と溶媒は、溶液中の 2 つの成分 (物質) です。溶液の生成は、2 つ以上の化学物質が組み合わされるたびに発生します。溶液に溶解した溶媒の量と溶液自体に基づいています。 3つのカテゴリーに分類できます。不飽和溶液、飽和溶液、過飽和溶液の3種類です。

不飽和溶液:

不飽和溶液は、より多くの溶質が容易に溶解できる溶液であり、飽和していないことを示します。

飽和溶液:

飽和溶液は、追加の溶質を追加できない任意の溶液です。

過飽和溶液:

過飽和溶液の定義は、飽和溶液の調製に必要な量よりも多くの溶質を溶解した溶液であり、飽和溶液を加熱し、余剰の溶質を加え、穏やかに冷却することによって作られます。さらに、溶質の結晶が少ない過飽和溶液をシードすることにより、過剰に溶解した溶質が結晶化します。

たとえば、砂糖の結晶の細かく均一な作物の生成は、鍋の沸騰オブジェクトです。成長プロセス中の結晶化速度の制御を維持することは、この目標を達成するための重要な条件です。一般に、溶液中に保持された結晶面は、溶液の濃度が飽和濃度よりも高く保たれている場合にのみ成長します。過飽和は、このような溶液を表すために使用される用語です。

相変化における過飽和 (結晶化と凝縮):

<オール>

すべてのシステムの物理的および化学的プロセスは、新しい相の 3 次元 3D 核の合成を通じて蒸気溶融または溶液相で発生します。これは、媒体が過飽和である場合にのみ発生します。

原子核の生成は、システムの自由エネルギーのシフトに関連しています。熱力学的に考えられる場合でも、システムが過飽和になるとすぐに、新しい相の核は均一なシステムで形成されません。

システムは、平衡状態の最小自由エネルギーを達成せずにその状態を維持できる場合、準安定平衡状態にあると見なされます。

言い換えると、このような場合、新しい相の核形成は、システムの温度や圧力、核形成相以外の化学相の存在などの要因によって決定される時間の長さの後に発生します。新しい相の核生成を促進する過飽和レベルの増加

ただし、新しい相が即座に核形成する場合、過飽和レベルが常に存在します。それが新しいフェーズの始まりです。

この過飽和レベルは準安定幅を確立し、準安定平衡状態の上限に対応します。

過飽和溶液の用途:

<オール>

液体溶媒に溶解した固体溶質の溶液が飽和状態になると、熱力学的平衡状態になります。結晶化するには、システムの状態を非平衡状態に変更する必要があります。この状態では、溶液中の溶質濃度が、特定の溶液環境下での平衡濃度を超えています。過飽和溶液は、平衡状態にないものです。過飽和溶液を生成する最も簡単な方法は、それを冷却することです。

ポイント A では、溶液が最初に準備されます。冷却すると、この溶液は飽和線を超えて飽和状態になります。飽和線を超えて点 B まで冷却すると、過飽和になります。ただし、溶液が過飽和であるからといって、すぐに結晶化するわけではありません。準安定性は、過飽和溶液の特性です。これは、相転移を完了するためには、自由エネルギー障壁を克服する必要があることを示しています。

結論:

過飽和研究は、大気研究にも関連しています。大気中の過飽和の存在は、1940 年代から知られていました。水が過飽和になると、対流圏で氷の格子が形成されるのが一般的です。対流圏の環境下では、飽和状態の水粒子は氷を生成しません。水分子は、飽和圧力では単独で氷の格子を形成しません。それらは、凍結するために液体の水分子の表面または集塊を凝縮する必要があります。これらの要因により、大気中の氷の上の相対湿度が 100% を超える場合があり、これは過飽和が発生したことを示しています。