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飽和 溶液は、より多くの溶質の溶解を認めないものです。言い換えれば、特定の溶媒に特定の圧力と温度で溶解できる溶質の最大濃度にすでに達している溶液です。これらは、溶媒に溶解した溶質と、容器の底の固体状態の溶質、溶媒の上または下の液体状態 (密度に応じて) または気体状態。
溶解平衡
先ほど述べたように、溶解平衡に達すると溶液は飽和します。最も単純なケースでは、この平衡は次の化学式で表すことができます。
ここで、S は分子溶質 (解離しない) を表し、下付き文字は、それが純粋で固体状態にあるか、または溶解しているかを示します (ac は水溶液中を意味しますが、他の溶媒中であってもかまいません)。
この場合のように分子溶媒がある場合、飽和溶液と平衡を確立するには、溶液中の溶質の濃度が平衡定数 Ks に等しく、溶質がまだ残っている必要があります。 . 未溶解の固体状態。
塩などのイオン性溶質の場合、一般的な反応は次のようになります。
ここで、K psは溶解度積定数、[M m+ ] eq は飽和溶液中の陽イオン M m+のモル濃度を表し、[A n- ] eq は飽和溶液中のA n-のモル濃度を表します。
この場合、飽和溶液を定義する条件は、溶液中のイオンの濃度 (M m+およびA n- ) をそれぞれの化学量論係数 (nym) で上げた積が、次の積の定数に等しくなければならないということです。溶解度。結果が K psより大きい場合、溶液は過飽和であり、小さい場合は不飽和です。
飽和溶液の平衡は動的です。
飽和溶液が得られると、溶質が溶媒に溶解しなくなり、溶解プロセスが停止したように見えます。しかし、これは正確にはそうではありません。実際、ほとんどの化学平衡と同様に、溶解度平衡は静的平衡ではなく動的平衡であり、正反応 (より多くの溶質の溶解) と逆反応 (溶液からの溶質の沈殿) が同時に起こっています。レート。このため、固体溶質の正味量にも溶液中の溶質濃度にも変化は見られません。
飽和溶液を得る方法
飽和溶液を得るには、次の 3 つの基本的な方法があります。
- 溶液をどれだけ激しく振っても、溶解しなくなるまで溶質を追加します。これは最も簡単な方法ですが、非常にゆっくりと溶解する溶質があるため、非常に面倒な場合があります。
- 2 番目の方法は、不飽和溶液から開始し、溶媒の蒸発を開始することです。溶質を失うことなく溶液の総体積が減少すると、溶質の濃度は最大濃度 (または溶解度) に達するまで増加します。その瞬間、溶質が沈殿し始め、それ以降は飽和溶液になります。
- 別の方法は、溶媒が加熱によって処理できる以上の溶質を溶解することです。この溶液を放冷すると、過飽和溶液が得られます。このため、振動から溶液の表面に小さな結晶を播種するまでのあらゆる妨害は、過剰な溶質の沈殿を即座に引き起こします。この降水量は、飽和レベルに達するとすぐに止みます。
不飽和溶液から飽和溶液を得る第 4 の方法があります。この方法は、媒質または溶媒を徐々に変更して溶質の溶解度を下げることから成ります。これは、有機溶媒の添加、pHの変更、およびその他の方法によっても達成できます。
溶解度平衡および飽和溶液に影響を与える要因
溶質と溶媒の性質
各化合物には、それぞれ異なる種類の溶媒に対する溶解度があります。たとえば、砂糖は水に塩よりもはるかに溶けやすいため、砂糖よりも塩で溶液を飽和させる方が常に簡単です. 飽和溶液が得られない場合もある。これは、任意の比率で混合できるエチル アルコールと水の溶液など、溶媒と混和性のある溶質の場合です。
温度
先ほど見たように、飽和溶液では温度が重要な役割を果たします。温度が上昇すると溶質の溶解度が増加し、すべての固体溶質が溶解し、飽和溶液が不飽和溶液に変わるからです。
一方、気体の溶解度に対する温度の影響は正反対です。その溶解度を高める代わりに、高温は溶解度を低下させます。清涼飲料水がその証拠です。これらは、温度の上昇とともにほとんどのガスを失います。
pH
溶質が酸塩基特性を持つ場合、pH はその溶解度を決定する上で非常に重要な役割を果たします。一般に、溶質をさらにイオン化するのに役立つ反応は、その溶解度を高め、飽和溶液を不飽和溶液に変える可能性があります。
たとえば、溶質が安息香酸などの弱酸で、飽和溶液がある場合、その酸と反応してイオン化する水酸化ナトリウムを追加すると、溶質をより多く溶液に溶解するのに役立ちます.
圧力
圧力は、気体溶質に最も影響を与えます。溶液上のガスの圧力を大幅に増加させると、ガスが溶媒に大量に溶解するように強制できます。これは、固体溶質の温度を上げるのと同じです。気体の場合、溶液と気体が密閉容器に閉じ込められていれば、どんなに圧力がかかっても、時間が経てば必ず気体が飽和してしまいます。
共通イオン効果
共通イオンは、pH と同様の効果を表します。イオン性溶質を溶液に溶解することが望まれる場合、それは解離し、特定の濃度のそれぞれのイオンを生成します。同じイオン性溶質を、そのイオンの 1 つをすでに含む溶液に溶解しようとすると、純粋な溶媒で溶解した場合よりも溶解が難しくなります。これは共通イオン効果と呼ばれ、溶液を飽和させやすくします。
飽和溶液の例
密閉炭酸飲料
すべての清涼飲料、ソーダ、および炭酸ビールは、ボトルまたは缶が完全に密封されている限り、二酸化炭素の飽和溶液です。
栓を抜いた瞬間に平衡が崩れ、溶液が急激に過飽和溶液になるため、気体が泡立ち始め、気体が逃げます。
死海のほとりの水
死海は地球上で最も塩分の多い湖の 1 つであり、海岸では湖の水からの塩の結晶を見ることができます。これは、ある部分では、水が小さな水たまりに閉じ込められ、蒸発すると塩で飽和し、沈殿し始めることを意味します。
いくつかの種類の蜂蜜
はちみつには他よりも濃縮度の高いものもあれば、含まれる糖分が瓶の中で結晶化するほど濃縮されているものもあります。
これは、溶液がもともと過飽和であり、結晶化後に飽和溶液になったことを示しています。
参考文献
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