Co to jest roztwór nienasycony?

Roztwór nienasycony lub nienasycony to roztwór chemiczny, w którym stężenie substancji rozpuszczonej jest mniejsze niż jej rozpuszczalność , a zatem może nadal rozpuszczać jej więcej. Innymi słowy, jest to roztwór, który nie jest jeszcze nasycony substancją rozpuszczoną, ponieważ jego stężenie nie wystarcza do osiągnięcia równowagi rozpuszczalności.

O tym, czy znajdujesz się w roztworze nienasyconym, decyduje stężenie substancji rozpuszczonej i odwracalna reakcja chemiczna znana jako równowaga rozpuszczalności. Relacje między nimi zostaną szczegółowo wyjaśnione później; ale najpierw zobaczmy, co charakteryzuje roztwory nienasycone.

Charakterystyka roztworu nienasyconego

• W roztworach nienasyconych cała substancja rozpuszczona rozpuszcza się w rozpuszczalniku , więc nie ma pozostałości. Są to doskonale jednorodne mieszaniny.
• Mają stężenie mniejsze niż rozpuszczalność substancji rozpuszczonej w odpowiednim rozpuszczalniku. Na przykład, jeśli rozpuszczalność czystej substancji A w rozpuszczalniku, powiedzmy wodzie, wynosi 0,5 g/100 ml roztworu, to roztwór o stężeniu 0,4 g/100 ml roztworu będzie roztworem nienasyconym.
• Nadal mogą rozpuszczać więcej substancji rozpuszczonych. Będąc nienasyconymi, te roztwory nadal dopuszczają większą ilość substancji rozpuszczonej. Dzieje się tak, oczywiście, do momentu nasycenia roztworu.
• Mogą mieć bardzo różne stężenia w zależności od rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Na przykład roztwór cukru w ​​wodzie może mieć stosunek masy do objętości zaledwie 20% m/v i nadal nie być nasycony, podczas gdy roztwór nienasyconego chlorku srebra (AgCl) musi mieć stężenie mniejsze niż 1,8 mg/l (0,00018% wag./obj.).
• Dopóki warunki się nie zmienią, nie będą one spontanicznie krystalizować ani tworzyć osadów. Aby to zrobić, roztwór musi być przesycony.

Przykłady roztworów nienasyconych

• Ocet to nienasycony roztwór kwasu octowego (CH ₃ COOH) w wodzie.
• Kwas akumulatorowy to nienasycony roztwór kwasu siarkowego (H ₂ SO ₄ ) w wodzie.
• Wiele perfum to nienasycone roztwory związków aromatycznych i olejków eterycznych w alkoholu.
• Bezbarwne lakiery do paznokci to silnie skoncentrowane, ale nienasycone roztwory żywic plastycznych w rozpuszczalnikach organicznych, takich jak etery i ketony.
• Woda morska to nienasycony roztwór soli w wodzie.
• Osocze krwi jest bardzo złożonym roztworem z dużą liczbą substancji rozpuszczonych w różnych stężeniach, ale jest to roztwór nienasycony.
• Lekki syrop przygotowany przez rozpuszczenie dwóch filiżanek cukru w ​​jednym litrze wody jest roztworem nienasyconym, pomimo wysokiego stężenia substancji rozpuszczonej.

Równowaga rozpuszczalności i roztwory nienasycone

Jak już wspomniano wcześniej, zasadą chemiczną stojącą za roztworami nienasyconymi jest równowaga rozpuszczalności . Ilekroć substancja rozpuszczona jest rozpuszczana w rozpuszczalniku, zachodzi proces, w którym cząsteczki rozpuszczalnika rozpadają się na substancję stałą, oddzielając cząsteczki lub jony, które ją tworzą, w celu jej rozpuszczenia. Proces ten jest odwracalny, to znaczy zachodzi również w przeciwnym kierunku, prowadząc do powstania ciała stałego. W zależności od tego, czy substancja rozpuszczona jest związkiem cząsteczkowym, czy związkiem jonowym, reakcję rozpuszczania można przedstawić na dwa sposoby:

Tutaj A oznacza dowolną cząsteczkową substancję rozpuszczoną , taką jak cukier, a MaAb jest przykładem dowolnej jonowej substancji rozpuszczonej złożonej z _jonów a Mq ⁺ i bAp- , _którymi mogą być AgCl, MgCl2 _lub ^dowolne inne. Przyjęto stałe substancje rozpuszczone, chociaż A może być również cieczą lub gazem. Przyjęto również, że woda jest rozpuszczalnikiem (aq. oznacza wodny), chociaż to samo dotyczy każdego innego rozpuszczalnika.

Będąc reakcjami odwracalnymi , reakcje te mają związaną z nimi stałą równowagi. W przypadku związków jonowych stała ta nazywana jest stałą iloczynu rozpuszczalności i wyraża się wzorem:

Gdzie K _ps jest stałą iloczynu rozpuszczalności, [M ^q+ ] i [A ^p- ] reprezentują odpowiednio równowagowe stężenia molowe jonów M ^q+ i ^Ap- , a aib są współczynnikami stechiometrycznymi. W przypadku cząsteczkowych substancji rozpuszczonych stała równowagi jest po prostu równowagowym stężeniem molowym roztworu nasyconego.

Definicja roztworu nienasyconego w odniesieniu do stałej równowagi rozpuszczalności

Stała rozpuszczalności określa, kiedy jesteśmy w obecności roztworu nienasyconego. Dla dowolnego roztworu jonowej substancji rozpuszczonej iloczyn stężenia jonów podniesionych do ich współczynników stechiometrycznych nazywany jest ilorazem reakcji i jest reprezentowany przez Q _ps :

Aby dowiedzieć się, czy mamy roztwór nienasycony, wystarczy porównać wartość Q _ps z K _ps substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku iw określonej temperaturze obudowy. Tylko wtedy, gdy Q _ps jest równe K _ps , można powiedzieć, że roztwór jest nasycony. Jeśli jest większa niż K _ps , roztwór jest przesycony, a gdy jest mniejsza niż K _ps , jest to roztwór nienasycony. W podsumowaniu:

W przypadku molekularnych substancji rozpuszczonych, takich jak cukier lub alkohol, który jest słabo rozpuszczalny w wodzie, jedyne, co się zmienia, to to, że Q jest po prostu stężeniem molowym substancji rozpuszczonej w roztworze. Wszystko inne jest równe.

Poziomy nasycenia w roztworach

Jak można było zaobserwować w poprzedniej sekcji, w zależności od stężenia substancji rozpuszczonej lub stopnia jej nasycenia, roztwory można sklasyfikować jako:

1. roztwory nienasycone . Są głównym tematem tego artykułu i to te, które nadal dopuszczają większą ilość substancji rozpuszczonej niż już mają. Są jednorodne i nie wytrącają się samorzutnie.
2. Roztwory nasycone . Są to takie, w których maksymalna możliwa ilość substancji rozpuszczonej została już rozpuszczona w danej temperaturze. W tych roztworach czysta substancja rozpuszczona w stanie stałym, ciekłym lub gazowym jest w równowadze z substancją rozpuszczoną w roztworze, dlatego wyróżnia się dwie fazy (są to mieszaniny niejednorodne). Pomimo obecności, ilość czystej substancji rozpuszczonej nie zmienia się, ponieważ układ jest w równowadze.
3. Roztwory przesycone . Roztwory te rozpuściły większą ilość substancji rozpuszczonej, niż pozwala na to rozpuszczalnik. Z tego powodu reprezentują niestabilny stan, w którym substancja rozpuszczona może spontanicznie oddzielić się od roztworu poprzez krystalizację lub wytrącanie.

Roztwory nienasycone i temperatura

Należy zauważyć, że mówiąc o roztworze nienasyconym, zawsze należy podać temperaturę. Dzieje się tak, ponieważ rozpuszczalność zależy od temperatury , więc roztwór, który jest nienasycony w jednej temperaturze, może stać się nasycony lub nawet przesycony, jeśli temperatura się zmieni. W przypadku większości stałych i ciekłych substancji rozpuszczonych rozpuszczalność maleje wraz ze wzrostem temperatury, aw przypadku gazów jest odwrotnie. To samo dotyczy roztworów nasyconych i przesyconych. Jeśli nasycony lub przesycony roztwór substancji rozpuszczonej zostanie podgrzany, rozpuszczalność może wzrosnąć, aż cała obecna substancja rozpuszczona zostanie rozpuszczona, co spowoduje powstanie roztworu nienasyconego.

Bibliografia

• Brązowy, T. (2021). Chemia: The Central Science (wyd. 11). Londyn, Anglia: Pearson Education.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia (wyd. 10). Nowy Jork, NY: MCGRAW-HILL.
• Rozpuszczalność . (2020). Pobrane z https://espanol.libretexts.org/@go/page/1888
• Skoog, DA, West, DM, Holler, J. i Crouch, SR (2021). Podstawy chemii analitycznej (wydanie 9). Boston, Massachusetts: Nauka Cengage. Rodzaje nasycenia . (2020). Pobrane z https://chem.libretexts.org/@go/page/1616