ما هو المحلول فوق المشبع؟

المحلول عبارة عن خليط متجانس مؤلف من ذرات أو جزيئات، أو أيونات لمادتين أو حتى أكثر من مادتين، ويسمى هذا المحلول بالخليط لأن تركيبة غير ثابت أو مستقر، أي متجانس بسبب قدرة مكوناته على الاختلاط الكلي دون العثور على أي أحزاء مختلفة. أما الخليط غير المتجانس يظهر فيه أطوار تتحدد عبر سطوح متلامسة يمكننا الكشف عنها عبر الوسائل الضوئية.

ينتج ما يسمى بالمحلول في علم الكيمياء عند إضافة مادتين نقيتين أو أكثر على شكل جزيئات لبعضهما، وتدعى المادة الأولى بالمذيب والمادة الثانية بالمذاب، ويقسم المحلول لثلاثة أشكال، وهي: المحلول المشبع وغير المشبع وفوق المشبع.

المحلول فوق المشبع هو محلول يحتوي على كمية من المادة المذابة أكثر من المطلوب أي أكثر مما يطلبه وضع التوازن، أي وبكلمات أخرى يحتوي غير المشبع على مادة مذابة أكثر من الكمية المطلوبة لإشباع المحلول.

يمكن الحصول على المحلول غير المشبع عن طريق إذابة المادة المرغوبة، ويمكن أن تكون ملح طعام في السائل المعني كالماء مثلاً عند درجة حرارة عالية، مثلاً 80 درجة سيليسيه، ثم يجب السماح للمحلول أن يبرد، ومن المعروف أن الماء يتم إشباعه بملح الطعام عند كمية قدرها 36.2 غم ، وهذه الكمية لن تترسب، بل تذوب حتى يصبح المحلول مشبع عند الحرارة 80 فإذا برد هذا المحلول بمنتهى العناية أي بدون أي تحريك للمحلول أو اهتزازهل 25 درجة فتبقى الكمية الإضافية في المحلول نفسه ولن تترسب.

ومثال آخر على المحلول فوق المشبع، فعند غليان محلول يكون الهدف مثلاً هو الحصول على كميات متساوية ودقيقة من بلورات للسكر، لكن الشرط الأساسي من أجل تحقيق هذا الهدف هو الحفاظ على التحكم بمعدل التبلور خلال الزيادة، وفي الأساس لن يزداد السطح البلوري المحفوظ في هذا المحلول إلا إذا حافظنا على تركيزه عند مستوى أعلى من تركيز المحلول المشبع لذلك يسمى بفوق المشبع.

وهناك طريقةٌ أخرى للتحضير وهي تسخين المحلول المشبع، ومن ثم إضافة كميةٍ زائدةٍ من المادة المذابة، وبعد ذلك يتم تبريد المحلول بعنايةٍ فائقة، حينها تحدث عملية تبلورٍ للجزيئات الزائدة، مشكلةً محلولًا فوق مشبع، وفي هذه الطريقة يتم اللجوء إلى الغليان في البداية من أجل الحصول على كمياتٍ متساويةٍ من بلورات السكر في الناتج، ويحصل ذلك من خلال إبقاء تركيز المحلول في مستوى أعلى من تركيز التشبع.

يؤثر التشبع الفائق على تغيير الطور في التكثيف والتبلور عبر الأفكار التالية:

هناك أيضاً تطبيقات عدة حول  المحلول فوق المشبع:

عندما يكون محلول مادة صلبة مذابة في مذيب سائل مشبع، يحدث حالة من التوازن الديناميكي الحراري. ومن أجل حدوث التبلور يجب تحويل حالة النظام إلى حالة إنعدام التوازنالتي يتجاوز فيها تركيز المذيب في المحلول تركيز توازنه نفسه عند ظروف المحلول المحددة.

المحلول المشبع، وهو المحلول الذي تكون فيه المادة المُذابة في أعلى تركيزٍ لها في المحلول الذي تتواجد فيه، مقارنةً بالمُذيب.

المحلول غير المشبع، وهو المحلول الذي يكون فيه تركيز المادة المُذابة أقل من تركيز المادة المذيبة المتواجدة فيه.

المحلول فوق المشبع، فهو المحلول الذي يحوي كميةً فائضةً عن الحاجة من المادة المُذابة أكثر مما تحتاجه المادة المُذيبة، فعند إدخال كميةٍ زائدةٍ إلى المحلول فإنها ستترسب بسبب تجاوزها للحد الأعلى من جزيئات المادة المذابة، ومن أكثر الطرق التي تستخدم لتحضير المحلول فوق المشبع هي تبريد المحلول المشبع فإن وجدت جزيئاتٌ زائدة لم تتبلور فإنها ستشكل محلولًا فوق المشبع.

أما المحلول المشبع فيصنع وفق أكثر من طريقة والتي تتم بواسطة ثلاثة حالات، وهي:

وتتم تلك الحالات وفق طرقٍ عديدة، منها:

وهناك شرطٌ لتكوين المحاليل المشبعة وهو أن تذوب إحدى المادتين في المادة الأخرى، فمثلًا عند إضافة الملح والفلفل لبعضهما لا يتشكل محلولٌ مشبعٌ، بل يكون عبارةً عن خليط، بسبب عدم حدوث تفاعلٍ بينهما، وأيضًا كمثالٍ آخر على المواد السائلة التي لا يمكن أن تشكل محلولًا مشبعًا، وهو الماء مع الزيت، فكلاهما لاينحل مع الآخر.

وتوجد عواملٌ هامةٌ لها تأثيرٌ على تشكل المحلول المشبع، وهي: