Какво е ненаситен разтвор?

Ненаситен или ненаситен разтвор е химичен разтвор, в който концентрацията на разтвореното вещество е по-малка от неговата разтворимост и следователно все още може да разтвори повече от него. С други думи, това е разтвор, който все още не е наситен с разтворено вещество, тъй като концентрацията му не е достатъчна за достигане на равновесие на разтворимост.

Това, което определя дали сте в присъствието на ненаситен разтвор или не, е концентрацията на разтвореното вещество и обратима химическа реакция, известна като равновесие на разтворимостта. Връзката между двамата е обяснена подробно по-късно; но първо, нека видим какво характеризира ненаситените разтвори.

Характеристики на ненаситен разтвор

• В ненаситените разтвори цялото разтворено вещество се разтваря в разтворителя , така че няма остатък. Те са идеално хомогенни смеси.
• Те имат концентрация, по-малка от разтворимостта на разтвореното вещество в съответния разтворител. Например, ако разтворимостта на чисто вещество А в разтворител, да речем вода, е 0,5 g/100 ml разтвор, тогава разтвор, чиято концентрация е 0,4 g/100 ml разтвор, ще бъде ненаситен разтвор.
• Те все още могат да разтворят повече разтворено вещество. Тъй като са ненаситени, тези разтвори все още допускат по-голямо количество разтворено вещество. Това е, разбира се, докато разтворът стане наситен.
• Те могат да имат много различни концентрации в зависимост от разтворителя и разтвореното вещество. Например, разтвор на захар във вода може да има съотношение маса-обем до 20% m/v и все още да не е наситен, докато разтвор на ненаситен сребърен хлорид (AgCl) трябва да има концентрация по-малка от 1,8 mg/l (0,00018% m/v).
• Докато условията не се променят, те няма спонтанно да кристализират или да образуват утайки. За да направите това, разтворът трябва да бъде пренаситен.

Примери за ненаситени разтвори

• Оцетът е ненаситен разтвор на оцетна киселина (CH3COOH ₎ във вода.
• Акумулаторната киселина е ненаситен разтвор на сярна киселина (H ₂ SO ₄ ) във вода.
• Много парфюми са ненаситени разтвори на ароматни съединения и етерични масла в алкохол.
• Прозрачните лакове за нокти са силно концентрирани, но ненаситени разтвори на пластмасови смоли в органични разтворители като етери и кетони.
• Морската вода е ненаситен разтвор на соли във вода.
• Кръвната плазма е много сложен разтвор с голям брой разтворени вещества в различни концентрации, но е ненаситен разтвор.
• Лек сироп, приготвен чрез разтваряне на две чаши захар в един литър вода, е ненаситен разтвор, въпреки че има висока концентрация на разтворено вещество.

Равновесие на разтворимост и ненаситени разтвори

Както вече беше споменато по-рано, химичният принцип зад ненаситените разтвори е равновесието на разтворимостта . Всеки път, когато разтворено вещество се разтвори в разтворител, възниква процес, при който молекулите на разтворителя разпадат твърдото вещество, отделяйки молекулите или йоните, които го съставят, за да го разтворят. Този процес е обратим, т.е. протича и в обратна посока, което води до образуването на твърдо вещество. В зависимост от това дали разтвореното вещество е молекулно съединение или йонно съединение, реакцията на разтваряне може да бъде представена по един от двата начина:

Тук A представлява всяко молекулно разтворено вещество като захар, а M _a A _b е пример за всяко йонно разтворено вещество, съставено от a M ^q+ йони и b A ^p- йони , които могат да бъдат AgCl, MgCl ₂ или всякакви други. Предполага се, че са твърди разтворени вещества, въпреки че А може да бъде и течност или газ. Водата също се приемаше за разтворител (aq. означава воден), въпреки че същото се отнася за всеки друг разтворител.

Тъй като са обратими реакции , тези реакции имат свързана с тях константа на равновесие. В случай на йонни съединения тази константа се нарича константа на продукта на разтворимост и се дава от:

Където K _ps е константата на продукта на разтворимост, [M ^q+ ] и [A ^p- ] представляват съответно равновесните моларни концентрации на йоните M ^q+ и A ^p- , а a и b са стехиометричните коефициенти. За молекулните разтворени вещества равновесната константа е просто равновесната моларна концентрация за наситен разтвор.

Дефиниция на ненаситен разтвор по отношение на равновесната константа на разтворимостта

Константата на разтворимост е това, което определя кога сме в присъствието на ненаситен разтвор. За всеки разтвор на йонно разтворено вещество, продуктът на концентрацията на йони, повишена до техните стехиометрични коефициенти, се нарича реакционен коефициент и се представя с Q _ps :

За да разберете дали имате ненаситен разтвор, достатъчно е да сравните стойността на Q _ps с K _ps на разтвореното вещество в разтворителя и при специфичната температура на случая. Само когато Q _ps е равно на K _ps , може да се каже, че разтворът е наситен. Ако е по-голямо от K _ps , разтворът е пренаситен, а когато е по-малко от K _ps , това е ненаситен разтвор. В обобщение:

За молекулни разтворени вещества като захар или алкохол, които са слабо разтворими във вода, единственото нещо, което се променя е, че Q е просто моларната концентрация на разтвореното вещество в разтвора. Всичко друго е равно.

Нива на насищане в разтворите

Както може да се види в предишния раздел, според концентрацията на разтвореното вещество или неговото ниво на насищане, разтворите могат да бъдат класифицирани като:

1. ненаситени разтвори . Те са основната тема на тази статия и са тези, които все още допускат по-голямо количество разтворено вещество, отколкото вече имат. Те са хомогенни и не се утаяват спонтанно.
2. Наситени разтвори . Те са тези, в които максималното възможно количество разтворено вещество вече е разтворено при дадена температура. В тези разтвори чистото разтворено вещество в твърдо, течно или газообразно състояние е в равновесие с разтвореното вещество в разтвора, поради което се разграничават две фази (те са хетерогенни смеси). Въпреки че присъства, количеството на чистото разтворено вещество не се променя, тъй като системата е в равновесие.
3. Свръхнаситени разтвори . Тези разтвори са разтворили по-голямо количество разтворено вещество, отколкото позволява разтворителят. Поради тази причина те представляват нестабилно състояние, в което разтвореното вещество може спонтанно да се отдели от разтвора чрез кристализация или утаяване.

Ненаситени разтвори и температура

Важно е да се отбележи, че когато говорим за ненаситен разтвор, винаги трябва да посочите температурата. Това е така, защото разтворимостта зависи от температурата , така че разтвор, който е ненаситен при една температура, може да стане наситен или дори свръхнаситен, ако температурата се промени. За повечето твърди и течни разтворени вещества разтворимостта намалява с повишаване на температурата, а за газовете е обратното. Същото важи и за наситените и пренаситените разтвори. Ако наситен или свръхнаситен разтвор на твърдо разтворено вещество се нагрее, разтворимостта може да се увеличи, докато цялото налично разтворено вещество се разтвори, което го прави ненаситен разтвор.

Препратки

• Браун, Т. (2021). Химия: Централната наука (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.
• Разтворимостта . (2020 г.). Взето от https://espanol.libretexts.org/@go/page/1888
• Skoog, DA, West, DM, Holler, J., & Crouch, SR (2021). Основи на аналитичната химия (9-то издание). Бостън, Масачузетс: Cengage Learning. Видове насищане . (2020 г.). Извлечено от https://chem.libretexts.org/@go/page/1616