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¿Por qué las soluciones sobresaturadas se consideran un fenómeno misterioso en la comunidad científica?
En química física, la sobresaturación ocurre cuando la concentración de un soluto en una solución excede la solubilidad de ese soluto en el equilibrio. Este fenómeno se aplica principalmente a solutos sólidos en líquidos, pero también puede aplicarse a líquidos y gases que se disuelven en líquidos. Una solución sobresaturada está en un estado metaestable y puede volver al equilibrio disociando el exceso de soluto, agregando solvente para diluirlo o aumentando la solubilidad del soluto.
El estudio de soluciones sobresaturadas se remonta a los primeros experimentos con sulfato de sodio, una sal que era ideal para las primeras investigaciones porque su solubilidad en agua disminuye a medida que aumenta la temperatura.
Con el tiempo, los científicos se dieron cuenta de que el proceso de cristalización de soluciones sobresaturadas no depende únicamente de la agitación como se creía anteriormente, sino que requiere la adición de "semillas" sólidas para iniciar el proceso de cristalización. Este concepto fue ampliado por el famoso químico Gay-Lussac, quien señaló la influencia de la cinemática de los iones de sal y las características del recipiente en el estado sobresaturado. Henry Lowell propuso más tarde que los núcleos en la solución y las paredes del recipiente catalizaban el proceso de cristalización.
Ejemplos y mecanismos de sobresaturaciónCuando se cambia la temperatura de una solución saturada, la solución de un compuesto en un líquido se vuelve sobresaturada. Generalmente, a medida que la temperatura disminuye, la solubilidad disminuye y el exceso de soluto se separa rápidamente de la solución en forma de cristales o polvo amorfo. Sin embargo, hay casos en que ocurre lo contrario. La recristalización es un proceso que se utiliza para purificar compuestos químicos. Implica calentar una mezcla de impurezas y disolvente hasta que el compuesto se disuelva, filtrar las impurezas restantes y luego bajar la temperatura para sobresaturar brevemente la solución.
Estos procesos ilustran el comportamiento de soluciones sobresaturadas e indican que pequeños cristales o partículas de vidrio pueden actuar como núcleos para inducir la cristalización.
Interacción de gases, solutos y líquidos
La solubilidad de un gas en un líquido aumenta a medida que aumenta la presión del gas. Cuando se reduce la presión externa, el exceso de gas se libera de la solución. Por ejemplo, las bebidas carbonatadas burbujean porque el dióxido de carbono se disuelve en el líquido bajo alta presión. Cuando se abre la botella, la presión disminuye y el gas se libera en forma de burbujas. Para los buceadores, cuando el cuerpo está sobresaturado de gases, salir a la superficie puede conllevar el riesgo de sufrir enfermedad por descompresión.
Aplicaciones sobresaturadas
En el campo farmacéutico, las soluciones sobresaturadas tienen aplicaciones prácticas. Al crear una solución sobresaturada de un medicamento, éste puede tomarse en forma líquida. Este estado sobresaturado del fármaco puede promover su absorción en el organismo, e incluso los fármacos tomados en forma cristalina pueden formar un estado sobresaturado en el organismo. Este fenómeno se llama sobresaturación interna y, utilizando herramientas para identificar soluciones sobresaturadas, los ecólogos marinos pueden estudiar la actividad de organismos y poblaciones para determinar la productividad biológica de una región.
En cuanto a la ciencia atmosférica, la existencia de sobresaturación se reconoce desde la década de 1940. Cuando la troposfera está sobresaturada de vapor de agua, aumenta la posibilidad de que el agua se congele. Esto revela la importancia de los fenómenos de sobresaturación en la meteorología y la ciencia ambiental.Cuando las moléculas de agua están en un estado sobresaturado, la humedad relativa puede llegar a veces a superar el 100%, un fenómeno que los científicos aún no han explorado en profundidad.
Las soluciones sobresaturadas no sólo inspiran el entusiasmo investigador de los científicos, sino que también revelan la lógica detrás de muchos fenómenos misteriosos de la naturaleza. ¿Cuáles son las leyes y los mecanismos de funcionamiento de las reacciones en estos estados extremos?
