O que é Supersaturação?

Volta e meia aparece pessoal compartilhando vídeos. Eu acho muito legal, principalmente se é para aguçar a curiosidade científica. O problema é quando inferem conceitos errados. Um deles é o gelo quente que, segundo o pessoal que compartilha vídeos etc., é o momento em que há solidificação de um líquido, liberando calor.

Mas as coisas não são tão simples assim, e para coisas mais complicadas é que existe o LIVRO DOS PORQUÊS!

O vídeo é este aqui a seguir. Divirtam-se:

É que assim como manual de instruções, quase ninguém lê as descrições dos vídeos no YouTube. Normalmente leem os comentários, coisa que eu não recomendo se você ainda tem um nanograma de fé na humanidade.

Se você não acompanhou a narração (ou não sabia que podia habilitar a legenda em inglês), o que você vê ali não é água congelando, mas uma solução supersaturada de acetato de sódio.

Você deve ter estudado sobre Soluções, no colégio. Eu mesmo tenho um artigo sobre isso, mas ele será revisto e melhorado (e provavelmente será mesclado com o presente artigo). Assim, você sabe que substâncias~têm seus graus de dissolução em determinado solvente. Alguns tão solúveis quanto o álcool, outros praticamente insolúveis, como o sulfato de bário (BaSO4). Os que ficam neste meio apresentam uma certa concentração máxima em determinada temperatura, isto é, em uma dada temperatura t = x ºC, apenas uma certa quantidade y gramas, no máximo,  pode ser dissolvida. Se eu variar continuamente a temperatura e anotar qual é a quantidade máxima de soluto (você deu uma olhada lá no artigo, não é?), você pode fazer um gráfico e, com este gráfico, você pode determinar a concentração máxima desta substância numa temperatura especificada. O nome da curva que aparecerá é Curva de Solubilidade.

Na ilustração acima vemos as curvas de solubilidade de diversas substâncias. Umas bem acentuadas, como o nitrato de potássio (KNO3), outras sem muita alteração, como o cloreto de sódio (NaCl). Antes de prosseguir, uma ressalva: estamos nos referindo apenas em gramas de soluto por solução em determinada temperatura e SÓ! Não estou levando em conta pressão atmosférica, que seria 1 atm ou 1,013.105 N/m2 (1 N/m2 = 1 Pascal ou Pa).

Mas tem muitos gráficos ali. Vamos ver um gráfico em específico, o do KNO3.

A linha que traça o gráfico mostra a concentração máxima. Isso é chamado "ponto de saturação", em que um único cristalzinho não pode mais ser adicionado ali, já que ele será depositado no fundo da solução. Quanto mais eu aquecer, mais nitrato de potássio poderá ser dissolvido.

De acordo com o gráfico, o que está à direita da linha será uma solução hipossaturada. você pode dissolver mais coisa ali. À esquerda da linha seria uma solução supersaturada, ou seja, tem mais soluto dissolvido do que deveria ter.

Ok, tio André. Mas, e se eu resfriar a solução?

NESTE caso específico do KNO3, à medida que a solução esfria, o soluto vai se depositando no fundo, através de um processo que chamamos "recristalização". Usa-se este processo (ou usava-se há muito tempo), para separar uma substância insolúvel em determinada temperatura, enquanto que outras são solúveis. Bastava filtra a solução, lavar o soluto com água (ou qualquer outro solvente) e fazer a recristalização de novo, até obter o máximo de pureza.

Mas isso não é regra para todas as substâncias. Há substâncias – como o acetato de sódio (CH3COONa) – que se dissolvem em temperaturas bem elevadas, mas ao se deixar resfriar a solução, o soluto NÃO se recristaliza, ainda permanecendo dissolvido e formando uma solução supersaturada. É um equilíbrio que não tem muita estabilidade, que nós chamamos de Equilíbrio Metaestável. E sim, já escrevi sobre ele.

Qualquer perturbação neste sistema, e todo o soluto excedente será recristalizado, mas não é só isso! A energia usada para dissolver aquela quantidade previamente dissolvida será devolvida sob a forma de calor. É assim que se faz as bolsas térmicas automáticas, podendo ser reaproveitada.

No vídeo, o camarada passou um pouco de acetato de sódio nas mãos, mas nem precisava. Um único cristalzinho faria a perturbação na solução supersaturada de acetato de sódio, fazendo com que todo o sal se recristalizasse. Aquilo sólido é o tanto de soluto que foi dissolvido num pequeno tantinho de água. Imaginem como aquilo ficou quentinho.

Costumam chamar isso de "gelo quente", por ser sólido e estar liberando calor. Bem, não é gelo, já que gelo é água no estado sólido, e para conseguir-se água no estado sólido com temperatura de gente… bem, temos o diagrama de fases da água (num aparte do Roberto Takata), sobre o qual eu falei no artigo sobre Ponto Triplo.

Uma olhada atenta e veremos que eu consigo, SIM, gelo à temperaturas superiores a zero grau celsius. O problema é que o sistema tem que estar a uma pressão de 1 GPa. O que isso significa?

Bem, se 1 atm = 1,013.105 Pa, tenho que 1 atm = 101,3 kPa. Entenderam? Ok.

1 GPa = 1.000 MPa = 1.000.000 kPa Preciso continuar? Sua panelinha de pressão ou alguma autoclave de laboratório de microbiologia NÃO É PÁREO para isso! Esta pressão boçal é mais ou menos a que a bunda que yo momma faz ao se sentar pra ver novela. Somente ambientes específicos seriam capazes disso, como uma bigorna de diamante, também chamada Diamond anvil cell.

O vídeo é legal, mas PQP (Pelo Químico Pedindo), não digam que aquilo é gelo quente, sim?


Agradecimentos ao Roberto Takata e ao Leandro Tessler.pelos apartes que só enriqueceram este artigo.

6 comentários em “O que é Supersaturação?

  1. “De acordo com o gráfico, o que está à esquerda da linha será uma solução hipossaturada. você pode dissolver mais coisa ali. À direita da linha seria uma solução supersaturada, ou seja, tem mais soluto dissolvido do que deveria ter.”

    André, seu artigo está um primor, mas pra ficar perfeito acredito que só falte inverter a esquerda e a direita na sentença acima. :lol:
    Isso me lembrou da minha excelentíssima, que tem uma dificuldade acentuada nessa questão.
    O problema fica evidenciado quando estou dirigindo, e ela de co-piloto:
    – Agora entra nessa rua a direita…… Não! Não essa direita, a outra!!

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