Всичко, което трябва да знаете за наситените разтвори в химията

Наситен разтвор е този, който не допуска разтваряне на повече разтворено вещество. С други думи, това е разтвор, в който вече е достигната максималната концентрация на разтвореното вещество, което може да бъде разтворено в този конкретен разтворител и при определено налягане и температура. Това са разтвори, в които равновесието на разтворимост е установено между разтвореното вещество, разтворено в разтворителя, и разтвореното вещество в твърдо състояние на дъното на контейнера, в течно състояние над или под разтворителя (в зависимост от плътностите) или в газообразно състояние.

равновесие на разтворимостта

Както току-що споменахме, разтворът е наситен, когато се достигне равновесието на разтворимостта. В най-простия случай това равновесие може да бъде представено чрез следното химично уравнение:

Където S представлява молекулярно разтворено вещество (което не се дисоциира) и долните индекси показват дали е чисто и в твърдо състояние, или дали е разтворено (ac означава във воден разтвор, въпреки че може да бъде във всеки друг разтворител).

Когато имате молекулни разтворители, както в този случай, за да получите наситен разтвор и да може да се установи равновесие, е необходимо концентрацията на разтвореното вещество в разтвора да е равна на равновесната константа, Ks, и все още да има малко разтворено вещество в неразтворено твърдо състояние.

В случай на йонни разтворени вещества като соли, общата реакция изглежда така:

където K _ps е константата на продукта на разтворимост, [M ^m+ ] _eq представлява моларната концентрация на катиона M ^m+ в наситения разтвор и [A ^n- ] _eq представлява моларната концентрация на A ^n- в наситения разтвор.

В този случай условието, което определя наситения разтвор, е, че произведението на концентрациите на йоните в разтвора (M m+ ^и A ^n- ), повишени до съответните им стехиометрични коефициенти (nym), трябва да бъде равно на константата на произведението на разтворимост. Ако резултатът е по-голям от K _ps , разтворът е свръхнаситен, а ако е по-малък, той е ненаситен.

Равновесието на наситения разтвор е динамично.

Когато се постигне наситен разтвор, изглежда, че разтвореното вещество вече не се разтваря в разтворителя и че процесът на разтваряне е спрял. Това обаче не е точно така. Всъщност, както в повечето химични равновесия, равновесието на разтворимостта не е статично равновесие, а динамично, при което правата реакция (разтваряне на повече разтворено вещество) и обратната реакция (утаяване на разтвореното вещество от разтвора) Те се случват едновременно процент. Поради тази причина не се отбелязва промяна нито в нетното количество твърдо разтворено вещество, нито в концентрацията на разтвореното вещество в разтвора.

Начини за получаване на наситен разтвор

Има три основни начина за получаване на наситени разтвори:

1. Добавете разтвореното вещество, докато спре да се разтваря , без значение колко енергично се разклаща разтворът. Това е най-простият метод, въпреки че понякога може да бъде много досаден, тъй като има разтворени вещества, които се разтварят много бавно.
2. Вторият начин е да започнете от ненаситен разтвор и да започнете да изпарявате разтворителя . Тъй като общият обем на разтвора намалява без загуба на разтворено вещество, концентрацията на разтвореното вещество ще се увеличи до достигане на максималната концентрация (или разтворимост). В този момент разтвореното вещество ще започне да се утаява и оттогава нататък ще имате наситен разтвор.
3. Друг начин е да се разтвори повече от разтвореното вещество, отколкото разтворителят може да поеме чрез нагряване . Като се остави този разтвор да се охлади , ще се получи свръхнаситен разтвор. Поради тази причина всяко смущение, от вибрация до засяване на малък кристал върху повърхността на разтвора, незабавно ще предизвика утаяване на излишък от разтворено вещество. Този валеж ще спре веднага щом се достигне нивото на насищане.

Има четвърти начин за получаване на наситени разтвори от ненаситени разтвори, който се състои в прогресивно модифициране на средата или разтворителя, за да се намали разтворимостта на разтвореното вещество. Това може да се постигне чрез добавяне на органичен разтворител, промяна на pH и по други начини.

Фактори, влияещи върху равновесието на разтворимостта и наситени разтвори

Естеството на разтвореното вещество и разтворителя

Всяко химично съединение има своята разтворимост във всеки различен тип разтворител. Например, захарта е много по-разтворима от солта във вода, така че винаги ще бъде по-лесно да се насити разтвор със сол, отколкото със захар. Има и случаи, при които е невъзможно да се получи наситен разтвор. Такъв е случаят с разтворени вещества, които могат да се смесват с разтворителя, като разтвори на етилов алкохол и вода, които могат да се смесват във всякакви пропорции.

температура

Както се видя току-що, температурата играе важна роля в наситените разтвори, тъй като повишаването на температурата може да увеличи разтворимостта на разтвореното вещество, разтваряйки всички твърди разтворени вещества и превръщайки наситения разтвор в ненаситен.

От друга страна, влиянието на температурата върху разтворимостта на газовете е точно обратното. Вместо да увеличат разтворимостта му, високите температури я намаляват. Доказателство за това е случаят с безалкохолните напитки. Те губят по-голямата част от своите газове с повишаване на температурата.

pH

В случаите, когато разтвореното вещество има киселинно-алкални свойства, рН може да играе много важна роля при определяне на неговата разтворимост. Като цяло всяка реакция, която спомага за по-нататъшното йонизиране на разтвореното вещество, ще увеличи неговата разтворимост, което може да превърне наситения разтвор в ненаситен.

Например, ако разтвореното вещество е слаба киселина като бензоена киселина и имате наситен разтвор, добавянето на натриев хидроксид, който реагира със споменатата киселина и я йонизира, ще помогне за разтварянето на повече от разтвореното вещество в разтвора.

Налягането

Налягането засяга най-много газообразните разтворени вещества. Силното увеличаване на налягането на газовете над разтвор може да принуди газа да се разтвори в по-голямо количество в разтворителя. Това би било еквивалентно на повишаване на температурата за твърдите разтворени вещества. В случай на газове, докато разтворът и газът са затворени в запечатан контейнер, без значение колко е налягането, разтворът винаги ще се окаже наситен с газ, ако му се даде достатъчно време.

общ йонен ефект

Обикновеният йон представлява ефект, подобен на този на pH. Когато е желателно да се разтвори йонно разтворено вещество в разтвор, то ще се дисоциира и ще произведе определена концентрация на съответните йони. Ако се опитаме да разтворим същото йонно разтворено вещество в разтвор, който вече съдържа някои от неговите йони, ще бъде по-трудно да го разтворим, отколкото ако го направим в чистия разтворител. Това се нарича общ йонен ефект и улеснява насищането на разтвори.

Примери за наситени разтвори

Запечатани газирани напитки

Всички безалкохолни напитки, газирани напитки и газирани бири са наситени разтвори на въглероден диоксид във вода, стига бутилката или кутията да е напълно затворена.

В момента, в който бутилката се отпуши, равновесието се губи и разтворът внезапно се превръща в свръхнаситен разтвор, така че газовете започват да бълбукат, излизайки навън.

Водата на брега на мъртвото море

Мъртво море е едно от най-солените езера на земята, а на брега можете да видите кристализацията на солта, която идва от водата на езерото. Това означава, че в някои части водата е хваната в малки локви, които при изпаряване се насищат със сол и започват да се утаяват.

някои видове мед

Има някои видове мед, които са по-концентрирани от други, а в някои случаи те са толкова концентрирани, че съдържащите се в тях захари започват да кристализират в бутилката.

Това показва, че разтворът първоначално е бил свръхнаситен и че след кристализацията е станал наситен разтвор.

Препратки

Браун, Т. (2021). Химия: Научният център. (11-то издание). Лондон, Англия: Pearson Education.

Чанг, Р., Манзо, А. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Химия (10-то издание). Ню Йорк, Ню Йорк: MCGRAW-HILL.

Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019). Химия 2д . Извлечено от https://openstax.org/books/chemistry-2e

Бубис, М. (1998). Мъртво море – необикновено море. Извлечено от http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/49306/Documento_completo.pdf

Мед и температура (nd) Извлечено от https://www.latiendadelapicultor.com/blog/la-miel-y-la-temperatura/