Dung dịch chưa bão hòa là gì?

Dung dịch chưa bão hòa hoặc chưa bão hòa là dung dịch hóa học trong đó nồng độ chất tan nhỏ hơn độ tan của nó và do đó vẫn có thể hòa tan nhiều chất tan hơn. Nói cách khác, đó là dung dịch chưa bão hòa chất tan, do nồng độ của nó chưa đủ để đạt đến trạng thái cân bằng về độ tan.

Điều quyết định liệu bạn có ở trong dung dịch chưa bão hòa hay không là nồng độ của chất tan và phản ứng hóa học thuận nghịch được gọi là cân bằng độ hòa tan. Mối quan hệ của cả hai sẽ được giải thích chi tiết sau đó; nhưng trước tiên, hãy xem điều gì đặc trưng cho các dung dịch chưa bão hòa.

Đặc điểm của dung dịch chưa bão hòa

• Trong dung dịch chưa bão hòa, tất cả chất tan được hòa tan trong dung môi , do đó không có dư lượng. Chúng là những hỗn hợp hoàn toàn đồng nhất.
• Chúng có nồng độ nhỏ hơn độ tan của chất tan trong dung môi tương ứng. Ví dụ: nếu độ hòa tan của một chất nguyên chất A trong dung môi, chẳng hạn như nước, là 0,5 g/100 ml dung dịch, thì dung dịch có nồng độ 0,4 g/100 ml dung dịch sẽ là dung dịch chưa bão hòa.
• Chúng vẫn có thể hòa tan nhiều chất tan hơn. Không bão hòa, các giải pháp này vẫn thừa nhận một lượng chất tan lớn hơn. Tất nhiên, đây là cho đến khi dung dịch trở nên bão hòa.
• Chúng có thể có nồng độ rất khác nhau tùy thuộc vào dung môi và chất tan. Ví dụ, dung dịch đường trong nước có thể có tỷ lệ khối lượng-thể tích thấp tới 20% m/v mà vẫn chưa bão hòa, trong khi dung dịch bạc clorua (AgCl) chưa bão hòa phải có nồng độ nhỏ hơn 1,8 mg/l (0,00018% m/v).
• Miễn là các điều kiện không thay đổi, chúng sẽ không tự kết tinh hoặc tạo thành kết tủa. Để làm như vậy, một giải pháp phải được siêu bão hòa.

Ví dụ về dung dịch chưa bão hòa

• Giấm là dung dịch axit axetic (CH ₃ COOH) không no trong nước.
• Axit ắc quy là dung dịch chưa bão hòa của axit sunfuric (H ₂ SO ₄ ) trong nước.
• Nhiều loại nước hoa là dung dịch chưa bão hòa của các hợp chất thơm và tinh dầu trong rượu.
• Sơn móng tay trong suốt là dung dịch nhựa dẻo đậm đặc nhưng không bão hòa trong các dung môi hữu cơ như ete và xeton.
• Nước biển là một dung dịch muối không bão hòa trong nước.
• Huyết tương là một dung dịch rất phức tạp với một số lượng lớn các chất hòa tan ở các nồng độ khác nhau, nhưng nó là một dung dịch không bão hòa.
• Xi-rô nhẹ được pha chế bằng cách hòa tan hai cốc đường trong một lít nước là dung dịch chưa bão hòa, mặc dù có nồng độ chất tan cao.

Cân bằng độ hòa tan và dung dịch chưa bão hòa

Như đã đề cập trước đó, nguyên tắc hóa học đằng sau các dung dịch chưa bão hòa là cân bằng độ hòa tan . Bất cứ khi nào một chất tan được hòa tan trong dung môi, một quá trình xảy ra trong đó các phân tử của dung môi phân hủy chất rắn, tách các phân tử hoặc ion tạo thành nó để hòa tan nó. Quá trình này có thể đảo ngược, nghĩa là nó cũng xảy ra theo hướng ngược lại, dẫn đến sự hình thành chất rắn. Tùy thuộc vào việc chất tan là hợp chất phân tử hay hợp chất ion, phản ứng hòa tan có thể được biểu diễn theo một trong hai cách sau:

Ở đây, A đại diện cho bất kỳ chất tan phân tử nào chẳng hạn như đường và M _a A _b là một ví dụ về bất kỳ chất tan ion nào được tạo thành từ các ion a M ^q+ và b A ^p- ion , có thể là AgCl, MgCl ₂ hoặc bất kỳ loại nào khác. Chất tan rắn được giả định, mặc dù A cũng có thể là chất lỏng hoặc chất khí. Nước cũng được coi là một dung môi (aq. Có nghĩa là nước), mặc dù điều tương tự cũng áp dụng cho bất kỳ dung môi nào khác.

Là phản ứng thuận nghịch , những phản ứng này có hằng số cân bằng liên quan đến chúng. Trong trường hợp hợp chất ion, hằng số này được gọi là hằng số tích số tan và được cho bởi:

Trong đó K _ps là hằng số tích số tan, [M ^q+ ] và [A ^p- ] tương ứng biểu thị nồng độ mol cân bằng của các ion M ^q+ và A ^p- , còn a và b là các hệ số cân bằng hóa học. Đối với các chất hòa tan phân tử, hằng số cân bằng chỉ đơn giản là nồng độ mol cân bằng cho dung dịch bão hòa.

Định nghĩa dung dịch chưa no theo hằng số cân bằng độ tan

Hằng số hòa tan là thứ quyết định khi chúng ta có mặt dung dịch chưa bão hòa. Đối với bất kỳ dung dịch chứa chất tan ion nào, tích nồng độ của các ion được nâng lên hệ số cân bằng hóa học của chúng được gọi là thương số phản ứng và được biểu thị bằng Q _ps :

Để biết dung dịch của bạn có chưa bão hòa hay không, chỉ cần so sánh giá trị Q _ps với K _ps của chất tan trong dung môi và ở nhiệt độ cụ thể của trường hợp. Chỉ khi Q _ps bằng K _ps thì mới có thể nói rằng dung dịch đã bão hòa. Nếu nó lớn hơn K _ps , thì dung dịch đã quá bão hòa và khi nó nhỏ hơn K _ps , thì đó là dung dịch chưa bão hòa. Tóm tắt:

Đối với các chất tan phân tử như đường hoặc rượu ít tan trong nước, điều duy nhất thay đổi là Q chỉ đơn giản là nồng độ mol của chất tan trong dung dịch. Mọi thứ khác đều bình đẳng.

Mức độ bão hòa trong các giải pháp

Như có thể thấy trong phần trước, theo nồng độ của chất tan hoặc mức độ bão hòa của nó, các dung dịch có thể được phân loại là:

1. dung dịch chưa bão hòa . Chúng là chủ đề chính của bài viết này và là những chất vẫn thừa nhận một lượng chất tan lớn hơn mức chúng đã có. Chúng đồng nhất và không kết tủa một cách tự nhiên.
2. Giải pháp bão hòa . Chúng là những chất trong đó lượng chất tan tối đa có thể đã được hòa tan ở một nhiệt độ nhất định. Trong các dung dịch này, chất tan nguyên chất ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí ở trạng thái cân bằng với chất tan trong dung dịch, đó là lý do tại sao hai pha được phân biệt (chúng là hỗn hợp không đồng nhất). Mặc dù có mặt nhưng lượng chất tan nguyên chất không thay đổi do hệ ở trạng thái cân bằng.
3. Dung dịch siêu bão hòa . Các dung dịch này đã hòa tan một lượng chất tan lớn hơn dung môi cho phép. Vì lý do này, chúng đại diện cho trạng thái không ổn định trong đó chất tan có thể tự tách ra khỏi dung dịch thông qua quá trình kết tinh hoặc kết tủa.

Dung dịch chưa bão hòa và nhiệt độ

Điều quan trọng cần lưu ý là khi nói về dung dịch chưa bão hòa, bạn phải luôn chỉ định nhiệt độ. Điều này là do độ hòa tan phụ thuộc vào nhiệt độ , vì vậy một dung dịch chưa bão hòa ở một nhiệt độ có thể trở nên bão hòa hoặc thậm chí quá bão hòa nếu nhiệt độ thay đổi. Đối với hầu hết các chất tan ở thể rắn và lỏng, độ hòa tan giảm khi nhiệt độ tăng và đối với chất khí thì ngược lại. Điều này cũng đúng với các dung dịch bão hòa và siêu bão hòa. Nếu đun nóng dung dịch bão hòa hoặc quá bão hòa của chất tan rắn, độ tan có thể tăng cho đến khi tất cả chất tan có mặt được hòa tan, khiến nó trở thành dung dịch chưa bão hòa.

Người giới thiệu

• Nâu, T. (2021). Hóa học: Khoa học Trung tâm (tái bản lần thứ 11). Luân Đôn, Anh: Giáo dục Pearson.
• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học (tái bản lần thứ 10). Thành phố New York, NY: MCGRAW-HILL.
• Độ hòa tan . (2020). Lấy từ https://espanol.libretexts.org/@go/page/1888
• Skoog, DA, West, DM, Holler, J., & Crouch, SR (2021). Nguyên tắc cơ bản của hóa học phân tích (tái bản lần thứ 9). Boston, Massachusetts: Cengage Learning. Các loại bão hòa . (2020). Lấy từ https://chem.libretexts.org/@go/page/1616