Alles, was Sie über gesättigte Lösungen in der Chemie wissen müssen

Eine gesättigte Lösung ist eine, die die Auflösung von mehr gelöstem Stoff nicht zulässt. Mit anderen Worten, es ist eine Lösung, in der die maximale Konzentration an gelöstem Stoff, die in diesem bestimmten Lösungsmittel und bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur gelöst werden kann, bereits erreicht wurde. Dies sind Lösungen, bei denen sich das Löslichkeitsgleichgewicht zwischen dem im Lösungsmittel gelösten Stoff und dem gelösten Stoff im festen Zustand am Boden des Behälters, im flüssigen Zustand entweder über oder unter dem Lösungsmittel (je nach Dichte) oder in einen gasförmigen Zustand.

Löslichkeitsgleichgewicht

Wie gerade erwähnt, ist eine Lösung gesättigt, wenn das Löslichkeitsgleichgewicht erreicht ist. Dieses Gleichgewicht lässt sich im einfachsten Fall durch folgende chemische Gleichung darstellen:

Wobei S einen molekularen gelösten Stoff darstellt (der nicht dissoziiert) und die Indizes angeben, ob er rein und in einem festen Zustand ist oder ob er gelöst ist (ac bedeutet in wässriger Lösung, obwohl er in jedem anderen Lösungsmittel vorliegen könnte).

Wenn Sie wie in diesem Fall molekulare Lösungsmittel haben, um eine gesättigte Lösung zu erhalten und ein Gleichgewicht hergestellt werden kann, ist es notwendig, dass die Konzentration des gelösten Stoffes in der Lösung gleich der Gleichgewichtskonstante Ks ist und dass noch etwas gelöster Stoff übrig ist im ungelösten festen Zustand.

Bei ionischen gelösten Stoffen wie Salzen sieht die allgemeine Reaktion so aus:

wobei K _ps die Löslichkeitsproduktkonstante ist, [M ^m+ ] _eq die molare Konzentration des Kations M ^m+ in der gesättigten Lösung darstellt und [A ^n– ] _eq die molare Konzentration von A ^n– in der gesättigten Lösung darstellt.

In diesem Fall ist die Bedingung, die die gesättigte Lösung definiert, dass das Produkt der Konzentrationen der Ionen in Lösung (M m+ ^und A ^n– ), erhöht auf ihre jeweiligen stöchiometrischen Koeffizienten (nym), gleich der Konstante des Produkts von sein muss Löslichkeit. Ist das Ergebnis größer als K _ps , ist die Lösung übersättigt, ist es kleiner, ist sie ungesättigt.

Das Gleichgewicht der gesättigten Lösung ist dynamisch.

Wenn eine gesättigte Lösung erreicht ist, scheint es, dass sich der gelöste Stoff nicht mehr im Lösungsmittel auflöst und dass der Auflösungsprozess gestoppt wurde. Dies ist jedoch nicht genau so. Tatsächlich ist das Löslichkeitsgleichgewicht, wie in den meisten chemischen Gleichgewichten, kein statisches Gleichgewicht, sondern ein dynamisches, bei dem die Vorwärtsreaktion (Auflösung von mehr gelöstem Stoff) und die Rückreaktion (Ausfällung von gelöstem Stoff aus der Lösung) gleichzeitig stattfinden Rate. Aus diesem Grund wird weder in der Nettomenge des gelösten Feststoffs noch in der Konzentration des gelösten Stoffs in der Lösung eine Änderung festgestellt.

Möglichkeiten, eine gesättigte Lösung zu erhalten

Es gibt drei grundlegende Möglichkeiten, gesättigte Lösungen zu erhalten:

1. Fügen Sie gelöste Stoffe hinzu, bis sich nichts mehr auflöst , egal wie kräftig die Lösung geschüttelt wird. Dies ist die einfachste Methode, obwohl sie manchmal sehr mühsam sein kann, da es gelöste Stoffe gibt, die sich sehr langsam auflösen.
2. Die zweite Möglichkeit besteht darin, von einer ungesättigten Lösung auszugehen und mit dem Verdampfen des Lösungsmittels zu beginnen . Wenn das Gesamtvolumen der Lösung ohne Verlust an gelöstem Stoff abnimmt, steigt die Konzentration des gelösten Stoffs, bis die maximale Konzentration (oder Löslichkeit) erreicht ist. In diesem Moment beginnt der gelöste Stoff auszufallen und von da an haben Sie eine gesättigte Lösung.
3. Eine andere Möglichkeit besteht darin , mehr von dem gelösten Stoff aufzulösen, als das Lösungsmittel durch Erhitzen verarbeiten kann . Indem man diese Lösung abkühlen lässt , erhält man eine übersättigte Lösung. Aus diesem Grund löst jede Störung, von einer Vibration bis zum Impfen eines kleinen Kristalls auf der Oberfläche der Lösung, sofort eine Ausfällung von überschüssigem gelöstem Stoff aus. Dieser Niederschlag hört auf, sobald der Sättigungsgrad erreicht ist.

Es gibt einen vierten Weg, gesättigte Lösungen aus ungesättigten Lösungen zu erhalten, der darin besteht, das Medium oder das Lösungsmittel schrittweise zu modifizieren, um die Löslichkeit des gelösten Stoffs zu verringern. Dies kann durch Zugabe eines organischen Lösungsmittels, Änderung des pH-Werts und auch auf andere Weise erreicht werden.

Faktoren, die das Löslichkeitsgleichgewicht und gesättigte Lösungen beeinflussen

Die Art des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels

Jede chemische Verbindung hat ihre Löslichkeit in jedem unterschiedlichen Lösungsmitteltyp. Zum Beispiel ist Zucker in Wasser viel löslicher als Salz, daher ist es immer einfacher, eine Lösung mit Salz als mit Zucker zu sättigen. Es gibt auch Fälle, in denen es unmöglich ist, eine gesättigte Lösung zu erhalten. Dies ist der Fall bei gelösten Stoffen, die mit dem Lösungsmittel mischbar sind, wie Lösungen von Ethylalkohol und Wasser, die in jedem Verhältnis gemischt werden können.

Temperatur

Wie gerade gesehen, spielt die Temperatur in gesättigten Lösungen eine wichtige Rolle, da eine Erhöhung der Temperatur die Löslichkeit gelöster Stoffe erhöhen kann, alle festen gelösten Stoffe auflöst und eine gesättigte Lösung in eine ungesättigte umwandelt.

Andererseits ist der Einfluss der Temperatur auf die Löslichkeit von Gasen genau umgekehrt. Anstatt seine Löslichkeit zu erhöhen, verringern hohe Temperaturen sie. Ein Beweis dafür ist der Fall von Erfrischungsgetränken. Diese verlieren mit steigender Temperatur den größten Teil ihrer Gase.

pH-Wert

In den Fällen, in denen der gelöste Stoff Säure-Base-Eigenschaften hat, kann der pH-Wert eine sehr wichtige Rolle bei der Bestimmung seiner Löslichkeit spielen. Im Allgemeinen wird jede Reaktion, die hilft, den gelösten Stoff weiter zu ionisieren, seine Löslichkeit erhöhen, was eine gesättigte Lösung in eine ungesättigte verwandeln kann.

Wenn der gelöste Stoff beispielsweise eine schwache Säure wie Benzoesäure ist und Sie eine gesättigte Lösung haben, hilft die Zugabe von Natriumhydroxid, das mit dieser Säure reagiert und sie ionisiert, dabei, mehr von dem gelösten Stoff in der Lösung aufzulösen.

Der Druck

Der Druck wirkt sich am stärksten auf gasförmige gelöste Stoffe aus. Eine starke Erhöhung des Drucks von Gasen über einer Lösung kann das Gas dazu zwingen, sich in größerer Menge im Lösungsmittel zu lösen. Dies wäre gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Temperatur für feste gelöste Stoffe. Im Fall von Gasen wird die Lösung, solange die Lösung und das Gas in einem verschlossenen Behälter eingeschlossen sind, unabhängig davon, wie hoch der Druck ist, immer gasgesättigt sein, wenn genügend Zeit gegeben wird.

gemeinsamer Ioneneffekt

Das gemeinsame Ion repräsentiert einen ähnlichen Effekt wie der pH-Wert. Wenn es erwünscht ist, einen ionischen gelösten Stoff in einer Lösung aufzulösen, dissoziiert er und erzeugt eine bestimmte Konzentration seiner jeweiligen Ionen. Wenn wir versuchen, denselben ionischen gelösten Stoff in einer Lösung aufzulösen, die bereits einige seiner Ionen enthält, wird es schwieriger sein, ihn aufzulösen, als wenn wir es in dem reinen Lösungsmittel tun würden. Dies wird als gemeinsamer Ioneneffekt bezeichnet und erleichtert die Sättigung von Lösungen.

Beispiele für gesättigte Lösungen

Versiegelte kohlensäurehaltige Getränke

Alle Erfrischungsgetränke, Limonaden und kohlensäurehaltigen Biere sind gesättigte Lösungen von Kohlendioxid in Wasser, solange die Flasche oder Dose vollständig verschlossen ist.

In dem Moment, in dem die Flasche entkorkt wird, geht das Gleichgewicht verloren und die Lösung wird plötzlich zu einer übersättigten Lösung, sodass die Gase zu sprudeln beginnen und entweichen.

Das Wasser an den Ufern des Toten Meeres

Das Tote Meer ist einer der salzigsten Seen der Erde, und am Ufer können Sie die Kristallisation von Salz sehen, das aus dem Seewasser stammt. Das bedeutet, dass das Wasser an manchen Stellen in kleinen Pfützen gefangen ist, die sich beim Verdunsten mit Salz sättigen und auszufallen beginnen.

einige Honigsorten

Es gibt einige Honigsorten, die konzentrierter sind als andere, und in einigen Fällen sind sie so konzentriert, dass der enthaltene Zucker in der Flasche zu kristallisieren beginnt.

Dies zeigt, dass die Lösung ursprünglich übersättigt war und nach der Kristallisation zu einer gesättigten Lösung wurde.

Verweise

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