Что такое насыщенный раствор в химии, характеристика, описание

Что называют раствором в химии

Растворы состоят из двух компонентов:

1. растворитель – компонент, агрегатное состояние которого идентично с состоянием раствора;
2. растворяемое вещество – вещество, находящееся в любом агрегатном состоянии.

Свойства раствора могут не повторять свойства чистого вещества. Например, сладкая вода – это результат растворения пищевого сахара С12Н22О11 в воде Н2О. Сладкая вода по многим параметрам отличается от чистой воды и сахара.

Классификация растворов

Существует несколько независимых друг от друга классификаций растворов.

Насыщенные и ненасыщенные растворы

Раствор, в котором вещество при определенной температуре больше не растворяется, называют насыщенным. Раствор, в котором вещество еще может растворяться, называют ненасыщенным. Насыщенные и ненасыщенные солевые растворы характеризуют с точки зрения растворимости.

Растворимость, или коэффициент растворимости – это максимально возможное число граммов вещества, которое может раствориться в 100 г растворителя при данной температуре. Например, в справочнике указано, что в 100 г растворителя растворяется 3 г вещества. Для приготовления насыщенного раствора соли в 100 г растворителя необходимо растворить 2 г вещества, а если растворить 3 г вещества, то образуется насыщенная однородная смесь.

Растворимость у всех веществ различна. Растворяемое вещество можно классифицировать на несколько групп в зависимости от растворимости:

1. хорошо растворимые (пищевой сахар);
2. малорастворимые (поваренная соль);
3. практически нерастворимые (хлорид серебра (I)).

Что такое концентрированный и разбавленный раствор

Концентрированные растворы – это однородные смеси, в которых содержание растворенного вещества и растворителя сравнимы. Разбавленные растворы – это однородные смеси, в которых содержание растворенного вещества ниже, чем содержание растворителя. Из малорастворимых и нерастворимых веществ невозможно приготовить концентрированные растворы.

Что такое насыщенный раствор

Насыщенный раствор — это раствор, содержащий как можно больше растворенного вещества — твердого вещества, растворенного в жидкости, — без образования осадка или остатков твердого вещества. Это максимальная концентрация растворенного вещества.

Факторы, влияющие на насыщенность

Количество растворенного вещества, которое может быть растворено в растворителе, будет зависеть от различных факторов, наиболее важными из которых являются:

Температура

Растворимость увеличивается с повышением температуры. Например, в горячей воде можно растворить больше соли, чем в холодной.

Однако могут быть исключения, например, растворимость газов в воде снижается с повышением температуры. В этом случае молекулы растворенного вещества получают кинетическую энергию при нагревании, что облегчает их выход.

Давление

Повышенное давление может вызвать растворение растворенного вещества. Обычно это используется для растворения газов в жидкостях.

Химический состав

Природа растворенного вещества и растворителя, а также присутствие других химических соединений в растворе влияют на растворимость. Например, в воде можно растворить большее количество сахара, чем соли в воде. В этом случае говорят, что сахар более растворим.

Этанол в воде полностью растворяется между собой. В этом конкретном случае растворителем будет соединение, обнаруженное в большем количестве.

Механические факторы

В отличие от скорости растворения, которая в основном зависит от температуры, скорость рекристаллизации зависит от концентрации растворенного вещества на поверхности кристаллической решетки, что является предпочтительным, когда раствор неподвижен.

Таким образом, перемешивание раствора избегает этого накопления, максимально увеличивая растворение (tipes of saturation, 2014).

Кривые насыщенности и растворимости

Кривые растворимости представляют собой графическую базу данных, в которой сравнивается количество растворенного вещества, которое растворяется в некотором количестве растворителя, при определенной температуре..

Кривые растворимости обычно строятся для количества растворенного вещества, твердого или газообразного, в 100 граммах воды (Brian, 2014).

Рисунок 2 иллюстрирует кривые насыщения для нескольких растворенных веществ в воде.

В оси ординат она имеет температуру в градусах Цельсия, а по оси абсцисс является концентрация растворенного вещества выражается в граммах растворенного вещества на 100 г воды.

Кривая указывает точку насыщения при определенной температуре. Область под кривой показывает, что у вас есть ненасыщенный раствор, и поэтому вы можете добавить больше растворенного вещества.

Область над кривой имеет перенасыщенный раствор. (Кривые растворимости, с.ф.)

Принимая в качестве примера хлорид натрия (NaCl), при 25 градусах по Цельсию может растворить около 35 г NaCl в 100 г воды, чтобы получить насыщенный раствор. (Cambrige университет, С. Ф.)

Нерастворимые твердые вещества

Однако некоторые растворенные вещества настолько сильно взаимодействуют, что молекулы растворителя вряд ли могут их разделить. Когда это так, минимальной концентрации растворенного растворенного вещества достаточно для его осаждения, и тогда это нерастворимое твердое вещество.

Нерастворимые твердые вещества, образуя вторую твердую фазу, которая отличается от жидкой фазы, образуют небольшое количество ненасыщенных растворов. Например, если 1 л жидкости A может растворить только 1 г B без осаждения, то смешивание 1 л A с 0,5 г B приведет к образованию ненасыщенного раствора.

Аналогичным образом, в диапазоне концентраций от 0 до 1 г B также образуются ненасыщенные растворы. Но при переходе с 1g B выпадет в осадок. Когда это происходит, раствор переходит из ненасыщенного в насыщенный B.

Что делать, если температура повышается? Если раствор, насыщенный 1,5 г B, подвергнуть нагреванию, нагрев поможет растворить осадок. Однако, если осажденного B много, тепло не сможет его растворить. В таком случае при повышении температуры растворитель или жидкость A просто испаряются.

Примеры насыщенных растворов

Вы сталкиваетесь с насыщенными растворами в повседневной жизни, а не только в химической лаборатории. Кроме того, растворителем не обязательно должна быть вода. Вот несколько распространенных примеров:

• Сода — это насыщенный раствор углекислого газа в воде. Вот почему при сбросе давления углекислый газ образует пузырьки.
• Добавление шоколадного порошка в молоко, чтобы оно перестало растворяться, образует насыщенный раствор.
• Соль можно добавлять в топленое масло или масло до тех пор, пока зерна соли не перестанут растворяться, образуя насыщенный раствор.
• Если вы добавите достаточно сахара в кофе или чай, у вас получится насыщенный раствор. Вы узнаете, что достигли точки насыщения, когда сахар перестанет растворяться. Горячий чай или кофе позволяют растворить гораздо больше сахара, чем вы можете добавить в холодный напиток.
• В уксус можно добавить сахар, чтобы получился насыщенный раствор.

Для образования насыщенного раствора нужно взять 34,4 г соли  хлорида калия KCl и растворить его при температуре (20 °С) в в 100 гр. воды.

Балас температуры приведет к тому, что хлорид калия будет больше растворяться в воде, а понижение температуры приведёт к тому , что некоторая соль выпадет в осадок или на стенки сосуда.

Иногда такое свойства некоторых солей применяется для их получения из комплекса солей, примером служит получение хлората калия.

Вещи, которые не образуют насыщенных растворов

Если одно вещество не растворяется в другом, вы не можете образовать насыщенный раствор. Например, когда вы смешиваете соль и перец, ни один из них не растворяется в другом. Все, что вы получаете, — это смесь. При смешивании масла и воды не образуется насыщенный раствор, потому что одна жидкость не растворяется в другой.

Как приготовить насыщенный раствор

Есть несколько способов приготовить насыщенный раствор. Вы можете приготовить его с нуля, пропитать ненасыщенный раствор или заставить перенасыщенный раствор потерять некоторое количество растворенного вещества.

1. Добавляйте растворенное вещество в жидкость, пока оно не перестанет растворяться.
2. Выпаривайте растворитель из раствора, пока он не станет насыщенным. Когда раствор начинает кристаллизоваться или выпадать в осадок, он насыщается.
3. Добавьте затравочный кристалл в перенасыщенный раствор, чтобы излишки растворенного вещества нарастали на кристалл, оставляя насыщенный раствор.

Чем отличается насыщенный раствор от концентрированного

Концентрированный раствор содержит большое количество растворенного вещества, но вещество все еще может растворяться при данной температуре, а в насыщенном вещество при данной температуре растворятся больше не может. Насыщенный раствор не всегда является концентрированным, это справедливо для малорастворимых веществ и для некоторых растворов, находящихся при низкой температуре.

Что такое ненасыщенный раствор

В ненасыщенном растворе молекулы растворителя взаимодействуют с такой эффективностью, что молекулы растворенного вещества не могут образовывать другую фазу..

Что это значит? То, что взаимодействия растворитель-растворенное вещество, учитывая условия давления и температуры, превышают взаимодействия растворенного вещества-растворенного вещества.

Как только взаимодействие растворенного вещества увеличивается, они «организуют» формирование второй фазы. Например, если среда растворителя представляет собой жидкость, а растворенное вещество — твердое вещество, второе растворяется в первом, образуя гомогенный раствор, пока не появится твердая фаза, которая является не чем иным, как осажденным растворенным веществом..

Этот осадок обусловлен тем фактом, что растворенные молекулы способны группироваться из-за их химической природы, свойственной их структуре или связям. Когда это происходит, говорят, что раствор насыщен растворенным веществом..

Следовательно, ненасыщенный раствор твердого растворенного вещества состоит из жидкой фазы без осадка. Принимая во внимание, что если растворенное вещество является газообразным, то ненасыщенный раствор должен быть свободным от присутствия пузырьков (которые являются не чем иным как кластерами газообразных молекул).

Влияние температуры

Температура непосредственно влияет на степень ненасыщенности раствора по отношению к растворенному веществу. Это может быть главным образом из-за двух причин: ослабление взаимодействия растворенного вещества с влиянием тепла и увеличение молекулярных колебаний, которые помогают диспергировать молекулы растворенного вещества..

Если среда растворителя рассматривается как компактное пространство, в отверстиях которого находятся молекулы растворенного вещества, то при увеличении температуры молекулы будут вибрировать, увеличивая размер этих отверстий; таким образом, что растворенное вещество может прорваться в других направлениях.

Нерастворимые твердые вещества

Однако некоторые растворенные вещества имеют такие сильные взаимодействия, что молекулы растворителя едва способны их разделить. Когда это так, минимальная концентрация указанного растворенного растворенного вещества достаточна для его осаждения, и тогда это нерастворимое твердое вещество..

Нерастворимые твердые вещества, образуя вторую твердую фазу, которая отличается от жидкой фазы, образуют несколько ненасыщенных растворов. Например, если 1 л жидкости A может растворить только 1 г B без осаждения, то смешивание 1 л A с 0,5 г B приведет к образованию ненасыщенного раствора..

Таким же образом, диапазон концентраций, которые колеблются между 0 и 1 г B, также образуют ненасыщенные растворы. Но при прохождении 1g, B выпадет в осадок. Когда это происходит, раствор переходит от ненасыщенного к насыщенному..

А если температура повысилась? Если нагревание применяется к раствору, насыщенному 1,5 г B, тепло поможет растворению осадка. Однако если выпадет слишком много B, тепло не сможет его растворить. Если это так, повышение температуры просто испарит растворитель или жидкость..

Пример получения ненасыщенного раствора

Для того, чтобы получить ненасыщенный раствор нужно при температуре  (20 °С) добавить в 100 гр. растворителя (вода) меньше чем 34,4 гр. хлорида калия.

Изменение температуры жидкости может привести к тому, что для данной пониженной температуры образуется насыщенный и даже пересыщенный раствор, но при одном условии если концентрация соли близка к насыщенному раствору.

Отличия насыщенного раствора и ненасыщенного

Резюмируя вышесказанное, только что объяснили, каковы различия между ненасыщенным и насыщенным раствором? Во-первых, визуальный аспект: ненасыщенный раствор состоит из одной фазы. Следовательно, не должно быть твердых частиц (твердая фаза) или пузырьков (газовая фаза)..

Аналогично, концентрации растворенного вещества в ненасыщенном растворе могут варьироваться до образования осадка или пузырьков. В то время как в насыщенных двухфазных растворах (жидкость-твердое вещество или жидкость-газ) концентрация растворенного растворенного вещества является постоянной.

Почему? Поскольку частицы (молекулы или ионы), составляющие осадок, устанавливают баланс с теми, которые растворяются в растворителе:

Частицы (из осадка <=> растворенные частицы

Пузырьковые молекулы <=> Растворенные молекулы

Этот сценарий не рассматривается в ненасыщенных растворах. При попытке растворить больше растворенного вещества в насыщенном растворе, равновесие перемещается влево; до образования большего количества осадка или пузырьков.

Поскольку в ненасыщенных растворах это равновесие (насыщение) еще не установлено, жидкость может «хранить» больше твердого вещества или газа.

На морском дне вокруг водорослей растворяется кислород, но когда пузырьки кислорода выходят из его листьев, это означает, что происходит насыщение газом; иначе пузыри не будут видны.

Применение насыщенных и концентрированных растворов

Применение концентрированных растворов повышает качество готовых лекарственных препаратов, а также ускоряет отпуск лекарств больным. Насыщенные растворы могут применять в качестве стандартных растворов при исследовании изотерм сорбции паров воды или гигроскопических свойств солей.

Что такое перенасыщенный раствор

Определение перенасыщенного раствора — это определение, которое содержит больше растворенного раствора, чем обычно растворяется в растворителе. Обычно это делается путем повышения температуры раствора..

Небольшое изменение раствора или введение «затравочного» или крошечного кристалла растворенного вещества вызовет кристаллизацию избытка растворенного вещества. Если нет точки зарождения для образования кристаллов, избыток растворенного вещества может оставаться в растворе.

Другая форма пересыщения может возникнуть, когда насыщенный раствор тщательно охлаждают. Это изменение условий означает, что концентрация на самом деле превышает точку насыщения, раствор был перенасыщен.

Это может быть использовано в процессе перекристаллизации для очистки химического вещества: растворяют до точки насыщения в горячем растворителе, то в качестве растворителя остывает и уменьшается растворимость, избыток растворенного вещества выпадает в осадок.

Примеси, которые присутствуют в гораздо более низкой концентрации, не насыщают растворитель и, таким образом, остаются растворенными в жидкости.

Пример получения пересыщенного раствора

Для этого нужно взять больше чем 34,4 гр. хлорида калия и растворить в горячей воде, если образовался осадок его нужно осторожно отфильтровать, чтобы не было загрязнения раствора.

После остывания при комнатной температуре раствор может находиться долгое время без образования каких либо кристаллов солей на стенках сосуда, но если встряхнуть или внести на стеклянной палочке кристалл хлорида калия сразу начнется процесс кристаллизации.

Пересыщенные растворы являются неустойчивыми системами, способными к существованию только при отсутствии в растворе твердых частиц растворенного вещества.

Возможность длительного существования таких растворов объясняется трудностью первоначального возникновения мельчайших «зародышевых» кристалликов, так называемых центров кристаллизации, от которых кристаллизация распространяется на всю массу раствора.

Ваша оценка?

Петр Иваныч

Возможно этот человек ответит на ваши вопросы

Задать вопрос