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砂糖の結晶を水に注いでかき混ぜると、砂糖が溶けます。注ぐと攪拌し続けると、特定の時点で、それ以上溶解しなくなり、結晶がガラスの底に落ちます。この時点で、解は飽和していると言われます。しかし、ちょっと待ってください。水を加熱することで、より多くの砂糖の結晶を溶かすことができます。飽和点に到達し、より多くの砂糖が溶解すると、過飽和溶液が得られます。塩、砂糖、酢酸ナトリウムの結晶など、水に溶けるものなら何でもできます。実際、過飽和溶液を作るのに水さえ必要ありません。アルコール、シンナー、またはその他の溶剤を使用して行うことができます。しかし、水は世界で最も優れた溶媒であるため、水で行うのが最も簡単です。
飽和ソリューションとは何ですか？
水は、最も興味深い重要な化合物の1つです。各水分子は、2つの正に帯電した水素原子と1つの負に帯電した酸素原子で構成されています。水素原子は、はるかに大きな酸素原子上に配置され、分子の一方の側から他方の側に正味の極性を作り出します。このため、水分子は水素結合と呼ばれるプロセスで互いに結合を形成します。
砂糖や塩などの溶質を導入すると、水分子は溶質原子と分子に引き寄せられ、それらは互いに引き寄せられるよりも強くなります。それらは溶質分子を囲み、溶質は徐々に分解します。その構成原子と分子は漂流し、それぞれが水分子に囲まれ、溶質が溶解します。しかし、より溶質で攪拌し続けると、最終的にこの作業を行うために水分子が不足し、この時点で溶液は飽和します。
過飽和ソリューションを作成する方法
過飽和ソリューションを作成する方法は、熱を加えることですが、ほんの少しの熱は仕事をしません。水を沸点近くまで加熱する必要があります。水がこのように熱くなると、水分子は自由に動き回ることができ、それらの間には溶質分子のためのより多くのスペースがあります。塩、砂糖、または他の溶質で攪拌し続けることができ、飽和点に達しても溶解し続けます。熱を取り除いて、溶液を徐々に冷やしてください。そうすれば、溶質は少なくともしばらくは溶けたままになります。これは、本質的に過飽和の定義です。過飽和ソリューションは非常に不安定であり、奇妙なことが起こる可能性があります。
ホットアイス、ロックキャンディー、クリスタルフォーメーション
ホットアイスを聞いたことがありますか？水と酢酸ナトリウム結晶の過飽和溶液から生成されます。このような溶液に単一の酢酸ナトリウム結晶を導入すると、溶液中のすべての過剰な酢酸ナトリウムが急速に結晶化する突然の反応を開始するトリガーのようなものです。これは発熱プロセスであり、熱を放出するため、反応により氷のような結晶が生成されますが、熱も生成されるため、ホットアイスと呼ばれます。結晶形成の劇的なデモンストレーションを見るには、過飽和溶液をいくつかの未溶解の結晶にゆっくりと注ぎます。結晶化は非常に速く起こるため、注ぐと結晶塔が形成されます。
同様のプロセスは、水を沸点まで加熱し、砂糖をかき混ぜ、溶液を冷まし、溶液中の糸を吊るしたときに起こります。砂糖は次第に紐の上で合体し、キャンディーとして楽しめる大きな結晶を形成します。賢明な言葉：適度にロックキャンディを楽しみ、歯を磨くようにしてください。砂糖は空洞の形成に寄与します。