Mikä on tyydyttymätön liuos?

Tyydyttymätön tai tyydyttymätön liuos on kemiallinen liuos, jossa liuenneen aineen pitoisuus on pienempi kuin sen liukoisuus ja siten se voi silti liuottaa sitä enemmän. Toisin sanoen se on liuos, joka ei ole vielä kyllästynyt liuenneella aineella, koska sen pitoisuus ei riitä saavuttamaan liukoisuuden tasapainoa.

Se mikä ratkaisee sen, oletko läsnä tyydyttymättömän liuoksen kanssa, on liuenneen aineen pitoisuus ja palautuva kemiallinen reaktio, joka tunnetaan liukoisuustasapainona. Näiden kahden suhde selitetään yksityiskohtaisesti myöhemmin; mutta ensin katsotaan, mikä on ominaista tyydyttymättömille liuoksille.

Tyydyttymättömän liuoksen ominaisuudet

• Tyydyttymättömissä liuoksissa kaikki liuennut aine on liuennut liuottimeen , joten jäämiä ei ole. Ne ovat täysin homogeenisia sekoituksia.
• Niiden pitoisuus on pienempi kuin liuenneen aineen liukoisuus vastaavaan liuottimeen. Esimerkiksi jos puhtaan aineen A liukoisuus liuottimeen, esimerkiksi veteen, on 0,5 g/100 ml liuosta, niin liuos, jonka pitoisuus on 0,4 g/100 ml liuosta, on tyydyttymätön liuos.
• Ne voivat silti liuottaa enemmän liuennutta ainetta. Tyydyttymättöminä nämä liuokset sallivat silti suuremman määrän liuennutta ainetta. Tämä on tietysti kunnes liuos kyllästyy.
• Niillä voi olla hyvin erilaisia ​​pitoisuuksia liuottimesta ja liuenneesta aineesta riippuen. Esimerkiksi sokeriliuoksen vesiliuoksen massa-tilavuussuhde voi olla niinkin alhainen kuin 20 % m/v, eikä se silti ole kyllästynyt, kun taas tyydyttymättömän hopeakloridiliuoksen (AgCl) pitoisuuden on oltava alle 1,8 mg/l (0,00018 % m/v).
• Niin kauan kuin olosuhteet eivät muutu, ne eivät kiteydy spontaanisti tai muodosta sakkaa. Tätä varten liuoksen on oltava ylikyllästetty.

Esimerkkejä tyydyttymättömistä liuoksista

• Etikka on etikkahapon (CH3COOH) tyydyttymätön _liuos vedessä.
• Akkuhappo on tyydyttymätön rikkihapon (H ₂ SO ₄ ) liuos vedessä.
• Monet hajuvedet ovat aromaattisten yhdisteiden ja eteeristen öljyjen tyydyttymättömiä liuoksia alkoholissa.
• Kirkkaat kynsilakat ovat erittäin väkeviä mutta tyydyttymättömiä muovihartsien liuoksia orgaanisissa liuottimissa, kuten eettereissä ja ketoneissa.
• Merivesi on tyydyttymätön suolojen liuos vedessä.
• Veriplasma on hyvin monimutkainen liuos, jossa on suuri määrä liuenneita aineita eri pitoisuuksilla, mutta se on tyydyttymätön liuos.
• Kevyt siirappi, joka valmistetaan liuottamalla kaksi kupillista sokeria litraan vettä, on tyydyttymätön liuos, vaikka sillä on korkea liuenneen aineen pitoisuus.

Liukoisuustasapaino ja tyydyttymättömät liuokset

Kuten jo aiemmin mainittiin, tyydyttymättömien liuosten taustalla oleva kemiallinen periaate on liukoisuustasapaino . Aina kun liuennut aine liuotetaan liuottimeen, tapahtuu prosessi, jossa liuottimen molekyylit hajottavat kiinteän aineen ja erottavat sen muodostavat molekyylit tai ionit sen liuottamiseksi. Tämä prosessi on palautuva, eli se tapahtuu myös vastakkaiseen suuntaan, mikä johtaa kiinteän aineen muodostumiseen. Riippuen siitä, onko liuennut aine molekyyliyhdiste vai ioniyhdiste, liukenemisreaktio voidaan esittää kahdella tavalla:

Tässä A edustaa mitä tahansa molekyylistä liuennutta ainetta, kuten sokeria, ja M _a A _b on esimerkki mistä tahansa ionisesta liuenneesta aineesta, joka koostuu a Mq ⁺ -ioneista ja b A ^– ioneista , jotka voivat olla AgCl, MgCl2 _tai mikä tahansa muu. Kiinteitä liuenneita aineita oletettiin, vaikka A voi olla myös neste tai kaasu. Veden oletettiin myös olevan liuottimen (aq. tarkoittaa vesipitoista), vaikka sama koskee mitä tahansa muuta liuotinta.

Koska nämä reaktiot ovat palautuvia , niihin liittyy tasapainovakio. Ioniyhdisteiden tapauksessa tätä vakiota kutsutaan liukoisuustulovakioksi ja se saadaan seuraavasti:

Kun K _ps on liukoisuustulovakio, [M ^q+ ] ja [A ^{p- ] edustavat ionien M q+} ja A ^p- tasapainomoolipitoisuuksia , vastaavasti, ja a ja b ovat stoikiometrisiä kertoimia. Molekyylisille liuenneille aineille tasapainovakio on yksinkertaisesti tyydyttyneen liuoksen molaarinen tasapainopitoisuus.

Tyydyttymättömän liuoksen määritelmä liukoisuuden tasapainovakiolla

Liukoisuusvakio määrittää, milloin olemme tyydyttymättömän liuoksen läsnä ollessa. Minkä tahansa ionisen liuenneen aineen liuoksessa stökiometrisiin kertoimiinsa nostettujen ionien pitoisuuden tuloa kutsutaan reaktioosamääräksi ja sitä edustaa Q _ps :

Saadaksesi selville, onko sinulla tyydyttymätöntä liuosta, riittää, kun vertaat Q _ps -arvoa liuenneen aineen K _ps -arvoon liuottimessa ja kotelon tietyssä lämpötilassa. Vain kun Q _ps on yhtä suuri kuin K _ps , voidaan sanoa, että liuos on kyllästynyt. Jos se on suurempi kuin K _ps , liuos on ylikyllästynyt, ja kun se on pienempi kuin K _ps , se on tyydyttymätön liuos. Yhteenvetona:

Molekyylisille liuenneille aineille, kuten sokerille tai alkoholille, joka liukenee huonosti veteen, ainoa asia, joka muuttuu, on se, että Q on yksinkertaisesti liuenneen aineen moolipitoisuus liuoksessa. Kaikki muu on tasa-arvoista.

Ratkaisujen kylläisyystasot

Kuten edellisestä kappaleesta voitiin havaita, liuenneen aineen pitoisuuden tai sen kyllästystason mukaan liuokset voidaan luokitella seuraavasti:

1. tyydyttymättömiä liuoksia . Ne ovat tämän artikkelin pääaihe, ja ne hyväksyvät edelleen suuremman määrän liuennutta ainetta kuin heillä on jo. Ne ovat homogeenisia eivätkä saostu spontaanisti.
2. Tyydytetyt liuokset . Ne ovat sellaisia, joihin suurin mahdollinen määrä liuennutta ainetta on jo liuennut tietyssä lämpötilassa. Näissä liuoksissa puhdas liuennut aine kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa tilassa on tasapainossa liuenneen aineen kanssa, minkä vuoksi erotetaan kaksi faasia (ne ovat heterogeenisia seoksia). Huolimatta läsnäolosta puhtaan liuenneen aineen määrä ei muutu, koska järjestelmä on tasapainossa.
3. Ylikyllästyt liuokset . Nämä liuokset ovat liuenneet suuremman määrän liuennutta ainetta kuin liuotin sallii. Tästä syystä ne edustavat epästabiilia tilaa, jossa liuennut aine voi spontaanisti erota liuoksesta kiteytymisen tai saostumisen kautta.

Tyydyttymättömät liuokset ja lämpötila

On tärkeää huomata, että kun puhutaan tyydyttymättömästä liuoksesta, sinun on aina määritettävä lämpötila. Tämä johtuu siitä, että liukoisuus riippuu lämpötilasta , joten yhdessä lämpötilassa tyydyttymätön liuos voi tulla kylläiseksi tai jopa ylikylläiseksi, jos lämpötila muuttuu. Useimpien kiinteiden ja nestemäisten liuenneiden aineiden liukoisuus heikkenee lämpötilan noustessa, ja kaasujen kohdalla tilanne on päinvastoin. Sama pätee myös tyydyttyneisiin ja ylikyllästettyihin liuoksiin. Jos kiinteän liuenneen aineen tyydyttynyttä tai ylikylläistä liuosta kuumennetaan, liukoisuus voi kasvaa, kunnes kaikki läsnä oleva liuennut aine on liuennut, mikä tekee siitä tyydyttymättömän liuoksen.

Viitteet

• Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. painos). Lontoo, Englanti: Pearson Education.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. painos). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
• Liukoisuus . (2020). Haettu osoitteesta https://espanol.libretexts.org/@go/page/1888
• Skoog, DA, West, DM, Holler, J. ja Crouch, SR (2021). Analyyttisen kemian perusteet (9. painos). Boston, Massachusetts: Cengage Learning. Kylläisyyden tyypit . (2020). Haettu osoitteesta https://chem.libretexts.org/@go/page/1616