สารละลายไม่อิ่มตัวคืออะไร?

สารละลายไม่อิ่มตัวหรือไม่อิ่มตัวคือสารละลายเคมีที่ความเข้มข้นของตัวถูกละลายน้อยกว่าความสามารถในการละลาย ดังนั้นจึงสามารถละลายได้มากขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นสารละลายที่ยังไม่อิ่มตัวด้วยตัวถูกละลาย เนื่องจากความเข้มข้นไม่เพียงพอที่จะเข้าสู่สมดุลของการละลาย

สิ่งที่กำหนดว่าคุณมีสารละลายไม่อิ่มตัวอยู่หรือไม่คือความเข้มข้นของตัวถูกละลายและปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้ที่เรียกว่า สมดุลการละลาย ความสัมพันธ์ของทั้งสองจะอธิบายในรายละเอียดในภายหลัง แต่ก่อนอื่น เรามาดูกันว่าอะไรคือลักษณะของโซลูชันที่ไม่อิ่มตัว

ลักษณะของสารละลายไม่อิ่มตัว

• ในสารละลายที่ไม่อิ่มตัว ตัวถูกละลายทั้งหมดจะละลายในตัวทำละลายดังนั้นจึงไม่มีสารตกค้าง เป็นส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์แบบ
• มีความเข้มข้นน้อยกว่าความสามารถในการละลายของตัวถูกละลายในตัวทำละลายที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น หากความสามารถในการละลายของสารบริสุทธิ์ A ในตัวทำละลาย เช่น น้ำ คือ 0.5 กรัม/สารละลาย 100 มล. ดังนั้นสารละลายที่มีความเข้มข้น 0.4 กรัม/สารละลาย 100 มล. จะเป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัว
• พวกเขายังสามารถละลายตัวถูกละลายได้มากขึ้น เนื่องจากไม่อิ่มตัว สารละลายเหล่านี้ยังคงยอมรับตัวถูกละลายในปริมาณที่มากกว่า แน่นอนจนกว่าสารละลายจะอิ่มตัว
• อาจมีความเข้มข้นต่างกันมากขึ้นอยู่กับตัวทำละลายและตัวถูกละลาย ตัวอย่างเช่น สารละลายน้ำตาลในน้ำสามารถมีอัตราส่วนมวลต่อปริมาตรต่ำถึง 20% m/v และยังไม่อิ่มตัว ในขณะที่สารละลายซิลเวอร์คลอไรด์ที่ไม่อิ่มตัว (AgCl) ต้องมีความเข้มข้นน้อยกว่า 1.8 มก./ล. (0.00018% m/v)
• ตราบใดที่เงื่อนไขไม่เปลี่ยนแปลง พวกมันจะไม่ตกผลึกหรือก่อตัวเป็นตะกอนโดยธรรมชาติ ในการดำเนินการดังกล่าว สารละลายจะต้องอิ่มตัวมากเกินไป

ตัวอย่างของการแก้ปัญหาที่ไม่อิ่มตัว

• น้ำส้มสายชูเป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัวของกรดอะซิติก (CH ₃ COOH) ในน้ำ
• กรดแบตเตอรี่เป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัวของกรดซัลฟิวริก (H ₂ SO ₄ ) ในน้ำ
• น้ำหอมหลายชนิดเป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัวของสารประกอบอะโรมาติกและน้ำมันหอมระเหยในแอลกอฮอล์
• ยาทาเล็บแบบใสเป็นสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงแต่ไม่อิ่มตัวของเม็ดพลาสติกในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น อีเทอร์และคีโตน
• น้ำทะเลเป็นสารละลายเกลือที่ไม่อิ่มตัวในน้ำ
• พลาสมาในเลือดเป็นสารละลายที่ซับซ้อนมากซึ่งมีตัวถูกละลายจำนวนมากที่ความเข้มข้นต่างกัน แต่เป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัว
• น้ำเชื่อมชนิดเบาที่เตรียมโดยการละลายน้ำตาลสองถ้วยในน้ำหนึ่งลิตรเป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัว แม้ว่าจะมีความเข้มข้นของตัวถูกละลายสูงก็ตาม

สมดุลการละลายและสารละลายไม่อิ่มตัว

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ หลักการทางเคมีเบื้องหลังสารละลายไม่อิ่มตัวคือสมดุลการละลาย เมื่อใดก็ตามที่ตัวละลายถูกละลายในตัวทำละลาย กระบวนการจะเกิดขึ้นซึ่งโมเลกุลของตัวทำละลายจะแตกตัวของแข็ง แยกโมเลกุลหรือไอออนที่ประกอบเป็นของแข็งออกเพื่อที่จะละลาย กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้ กล่าวคือเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของของแข็ง ขึ้นอยู่กับว่าตัวถูกละลายเป็นสารประกอบโมเลกุลหรือสารประกอบไอออนิก ปฏิกิริยาการละลายสามารถแสดงได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี:

ในที่นี้Aแทนตัวละลายโมเลกุลใดๆ เช่น น้ำตาล และM _a A _bเป็นตัวอย่างของตัวถูกละลายไอออนใดๆ ที่ประกอบด้วยไอออน M ^q+และA ^p- ไอออนซึ่งอาจเป็น AgCl, MgCl ₂หรืออื่นๆ สันนิษฐานว่าตัวละลายที่เป็นของแข็งแม้ว่า A อาจเป็นของเหลวหรือก๊าซก็ได้ น้ำยังถูกสันนิษฐานว่าเป็นตัวทำละลาย (aq. หมายถึงน้ำ) แม้ว่าจะนำไปใช้กับตัวทำละลายอื่นๆ ก็ตาม

เป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ปฏิกิริยาเหล่านี้มีค่าคงที่สมดุลที่เกี่ยวข้อง ในกรณีของสารประกอบไอออนิก ค่าคงที่นี้เรียกว่า ค่าคงที่ ของผลิตภัณฑ์ที่สามารถละลายได้และกำหนดโดย:

โดยที่ K _psคือค่าคงที่ของผลิตภัณฑ์ที่สามารถละลายได้ [M ^q+ ] และ [A ^p- ] แทนความเข้มข้นโมลาร์ของสมดุลของไอออน M ^q+และ A ^p-ตามลำดับ และaและbคือสัมประสิทธิ์ปริมาณสารสัมพันธ์ ในกรณีของตัวละลายโมเลกุล ค่าคงที่สมดุลเป็นเพียงความเข้มข้นโมลาร์ของสมดุลสำหรับสารละลายอิ่มตัว

นิยามของสารละลายไม่อิ่มตัวในแง่ของค่าคงที่สมดุลของการละลาย

ค่าคงที่ของการละลายคือสิ่งที่กำหนดเมื่อเราอยู่ในสถานะของสารละลายที่ไม่อิ่มตัว สำหรับสารละลายใดๆ ของตัวถูกละลายไอออนิก ผลคูณของความเข้มข้นของไอออนที่เพิ่มขึ้นเป็นค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสารสัมพันธ์จะเรียกว่า ผลหารของปฏิกิริยา และแสดงด้วย Q _ps :

หากต้องการทราบว่าคุณมีสารละลายที่ไม่อิ่มตัวหรือไม่ ให้เปรียบเทียบค่า Q _psกับ K _psของตัวถูกละลายในตัวทำละลายและที่อุณหภูมิเฉพาะของกล่อง เฉพาะเมื่อ Q _psเท่ากับ K _psเท่านั้น จึงกล่าวได้ว่าสารละลายอิ่มตัว ถ้ามีค่ามากกว่า K _psแสดงว่าสารละลายมีความอิ่มตัวสูง และเมื่อมีค่าน้อยกว่า K _psแสดงว่าเป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัว สรุป:

สำหรับตัวถูกละลายระดับโมเลกุล เช่น น้ำตาลหรือแอลกอฮอล์ที่ละลายได้ไม่ดีในน้ำ สิ่งเดียวที่เปลี่ยนแปลงคือ Q เป็นเพียงความเข้มข้นโมลาร์ของตัวถูกละลายในสารละลาย อย่างอื่นเท่ากันหมด

ระดับความอิ่มตัวของสารละลาย

ตามที่สังเกตได้ในส่วนก่อนหน้านี้ ตามความเข้มข้นของตัวถูกละลายหรือระดับความอิ่มตัว สารละลายสามารถจำแนกได้ดังนี้:

1. โซลูชั่นที่ไม่อิ่มตัว พวกเขาเป็นหัวข้อหลักของบทความนี้และเป็นคนที่ยังคงยอมรับตัวถูกละลายในปริมาณที่มากกว่าที่มีอยู่แล้ว พวกมันเป็นเนื้อเดียวกันและไม่ตกตะกอนโดยธรรมชาติ
2. สารละลายอิ่มตัว พวกมันคือตัวละลายที่ละลายได้ในปริมาณสูงสุดที่เป็นไปได้แล้วที่อุณหภูมิที่กำหนด ในสารละลายเหล่านี้ ตัวถูกละลายบริสุทธิ์ในสถานะของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซจะอยู่ในสภาวะสมดุลกับตัวถูกละลายในสารละลาย ซึ่งเป็นสาเหตุที่แยกแยะความแตกต่างของสองเฟส (เป็นของผสมต่างกัน) แม้จะมีอยู่ปริมาณของตัวถูกละลายบริสุทธิ์ก็ไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากระบบอยู่ในสภาวะสมดุล
3. โซลูชั่นที่มีความอิ่มตัวสูง สารละลายเหล่านี้ได้ละลายตัวถูกละลายในปริมาณที่มากกว่าที่ตัวทำละลายอนุญาต ด้วยเหตุนี้จึงแสดงสถานะที่ไม่เสถียรซึ่งตัวถูกละลายสามารถแยกออกจากสารละลายได้เองตามธรรมชาติผ่านการตกผลึกหรือการตกตะกอน

สารละลายไม่อิ่มตัวและอุณหภูมิ

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าเมื่อพูดถึงสารละลายไม่อิ่มตัว คุณต้องระบุอุณหภูมิเสมอ ทั้งนี้เนื่องจากความสามารถในการละลายขึ้นอยู่กับอุณหภูมิดังนั้นสารละลายที่ไม่อิ่มตัวที่อุณหภูมิหนึ่งอาจกลายเป็นอิ่มตัวหรือแม้กระทั่งอิ่มตัวยิ่งยวดหากอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง สำหรับตัวละลายที่เป็นของแข็งและของเหลวส่วนใหญ่ ความสามารถในการละลายจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และตรงกันข้ามกับแก๊ส เช่นเดียวกับสารละลายอิ่มตัวและอิ่มตัวยิ่งยวด ถ้าสารละลายอิ่มตัวหรืออิ่มตัวยิ่งยวดของตัวถูกละลายที่เป็นของแข็งถูกให้ความร้อน ความสามารถในการละลายจะเพิ่มขึ้นจนกว่าตัวถูกละลายทั้งหมดจะละลาย ทำให้เป็นสารละลายที่ไม่อิ่มตัว

อ้างอิง

• บราวน์ ที. (2564). เคมี: วิทยาศาสตร์กลาง (ฉบับที่ 11) ลอนดอน ประเทศอังกฤษ: เพียร์สัน เอดูเคชั่น.
• Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี (ฉบับที่ 10) นครนิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก: MCGRAW-HILL
• ความสามารถในการละลาย (2563). สืบค้นจากhttps://espanol.libretexts.org/@go/page/1888
• Skoog, DA, West, DM, Holler, J., & Crouch, SR (2021) ความรู้พื้นฐานเคมีวิเคราะห์ (พิมพ์ครั้งที่ 9). บอสตัน แมสซาชูเซตส์: Cengage Learning ประเภทของความอิ่มตัว (2563). สืบค้นจากhttps://chem.libretexts.org/@go/page/1616