Hell sukkerkrystaller i vann og rør, og sukkeret vil oppløses. Fortsett å helle og røre, og på et bestemt tidspunkt vil ikke mer oppløses, og krystallene faller til bunnen av glasset. På dette tidspunktet sies løsningen å være mettet. Men vent - du kan få flere sukkerkrystaller å oppløse ved å varme opp vannet. Når du har nådd metningspunktet og mer sukker oppløses, får du en overmettet løsning. Du kan gjøre dette med salt, sukker, natriumacetatkrystaller og alt annet som vil oppløses i vann. Faktisk trenger du ikke engang vann for å lage en overmettet løsning. Du kan gjøre det med alkohol, tynner eller andre løsemidler. Det er imidlertid enklest å gjøre det med vann, fordi vann er det beste løsningsmidlet i verden.
Hva er en mettet løsning?
Vann er en av de mest interessante og viktige kjemiske forbindelsene som finnes. Hvert vannmolekyl består av to positivt ladede hydrogenatomer og et negativt ladet oksygenatom. Hydrogenatomene ordner seg på det mye større oksygenatomet for å skape en netto polaritet fra den ene siden av molekylet til den andre. På grunn av dette danner vannmolekyler bindinger med hverandre i en prosess som kalles hydrogenbinding.
Når du introduserer et oppløst stoff, for eksempel sukker eller salt, tiltrekkes vannmolekylene til de oppløste atomer og molekyler sterkere enn de tiltrekkes av hverandre. De omgir de oppløste molekylene, og som de gjør, oppløses oppløsningen gradvis. Dens komponentatomer og molekyler driver bort, hver og en omgitt av vannmolekyler, og det oppløste stoffet oppløses. Hvis du fortsetter å røre i mer løsemiddel, vil du til slutt gå tom for vannmolekyler for å gjøre dette arbeidet, og på dette tidspunktet er løsningen mettet.
Hvordan lage en overmettet løsning
Måten å lage en overmettet løsning på er å tilføre varme, men bare litt varme gjør ikke jobben. Du må varme opp vannet nær kokepunktet. Når vannet blir så varmt, har vannmolekylene større frihet til å bevege seg, og det er mer plass til oppløste molekyler mellom dem. Du kan fortsette å røre i salt, sukker eller andre løste stoffer, og det vil fortsette å oppløses, selv om metningspunktet er nådd. Ta av varmen og la løsningen gradvis avkjøles, og det oppløste stoffet vil forbli oppløst, i det minste en stund. Dette er i hovedsak den overmettede definisjonen. En overmettet løsning er svært ustabil, og rare ting kan skje.
Hot Ice, Rock Candy og Crystal Formation
Har du noen gang hørt om varm is? Den er produsert av en overmettet løsning av vann og natriumacetatkrystaller. Når du introduserer en enkelt natriumacetatkrystall i en slik løsning, er det som en trigger som setter i gang en plutselig reaksjon der alt overflødig natriumacetat i løsningen raskt krystalliserer. Dette er en eksoterm prosess som gir fra seg varme, så mens reaksjonen produserer islignende krystaller, produserer den også varme, derav navnet varm is. For å se en dramatisk demonstrasjon av krystalldannelse, hell den overmettede løsningen sakte på noen få uoppløste krystaller. Krystalliseringen skjer så raskt at et krystalltårn vil dannes når du heller.
En lignende prosess skjer når du varmer opp vann til kokepunktet, rører inn sukker, lar løsningen avkjøles og suspenderer en streng i løsningen. Sukkeret smelter gradvis sammen på strengen og danner en stor krystall som du kan nyte som godteri. Et ord til de kloke: Kos deg med godteri i moderasjon, og sørg for å pusse tennene. Sukker bidrar til dannelsen av hulrom.