Nienasycone rozwiązanie: z czego składa się i przykłady
Nienasyconym roztworem jest dowolny roztwór, w którym ośrodek rozpuszczalnikowy jest nadal zdolny do rozpuszczania większej ilości substancji rozpuszczonej. Medium to jest na ogół płynne, chociaż może być również gazowe. Jeśli chodzi o substancję rozpuszczoną, jest to konglomerat cząstek w stanie stałym lub gazowym.
A co z płynnymi substancjami rozpuszczonymi? W tym przypadku rozpuszczanie jest jednorodne, o ile obie ciecze są mieszalne. Przykładem tego jest dodanie alkoholu etylowego do wody; dwie ciecze z ich cząsteczkami, CH 3 CH 2 OH i H 2 O są mieszalne, ponieważ tworzą wiązania wodorowe (CH 3 CH 2 OH-OH 2 ).
Gdyby jednak dichlorometan (CH2Cl2) zmieszano z wodą, tworzyłyby się roztwór dwufazowy: jeden wodny i drugi organiczny. Dlaczego? Ponieważ cząsteczki CH 2 Cl 2 i H 2 O oddziałują bardzo słabo, więc niektóre ślizgają się po sobie, co powoduje powstanie dwóch niemieszających się cieczy.
Minimalna kropla CH2Cl2 (substancja rozpuszczona) jest wystarczająca do nasycenia wody (rozpuszczalnika). Gdyby z drugiej strony mogły one tworzyć nienasycone rozwiązanie, wówczas pojawiłoby się całkowicie jednorodne rozwiązanie. Z tego powodu tylko stałe i gazowe substancje rozpuszczone mogą generować nienasycone roztwory.
Co to jest nienasycone rozwiązanie?
W nienasyconym roztworze cząsteczki rozpuszczalnika oddziałują ze skutecznością taką, że rozpuszczone cząsteczki nie mogą tworzyć innej fazy.
Co to znaczy? To, że interakcje rozpuszczalnik-rozpuszczalnik przekraczają, biorąc pod uwagę warunki ciśnienia i temperatury, oddziaływanie rozpuszczonej substancji rozpuszczonej.
Gdy interakcje substancji rozpuszczonej zwiększają się, „organizują” tworzenie drugiej fazy. Na przykład, jeśli medium rozpuszczalnika jest cieczą, a substancja rozpuszczona ciałem stałym, druga rozpuszcza się w pierwszym, tworząc jednorodny roztwór, aż pojawi się faza stała, która jest niczym innym jak wytrąconą substancją rozpuszczoną.
Osad ten wynika z faktu, że cząsteczki rozpuszczone są w stanie grupować się ze względu na ich chemiczny charakter, nierozerwalnie związane z ich strukturą lub wiązaniami. Gdy tak się dzieje, mówi się, że roztwór jest nasycony substancją rozpuszczoną.
Dlatego nienasycony roztwór stałej substancji rozpuszczonej składa się z fazy ciekłej bez osadu. Podczas gdy substancja rozpuszczona jest gazowa, wówczas nienasycony roztwór musi być wolny od obecności pęcherzyków (które są niczym więcej niż skupiskami cząsteczek gazowych).
Wpływ temperatury
Temperatura bezpośrednio wpływa na stopień nienasycenia roztworu w odniesieniu do substancji rozpuszczonej. Może to wynikać głównie z dwóch powodów: osłabienia oddziaływań substancji rozpuszczonej z powodu działania ciepła i wzrostu drgań molekularnych, które pomagają rozpraszać cząsteczki substancji rozpuszczonej.
Jeśli medium rozpuszczalnikowe jest uważane za zwartą przestrzeń, w której otworach znajdują się rozpuszczone cząsteczki, wraz ze wzrostem temperatury, cząsteczki będą wibrować, zwiększając rozmiar tych otworów; w taki sposób, że substancja rozpuszczona może przebić się w innych kierunkach.
Nierozpuszczalne substancje stałe
Jednak niektóre substancje rozpuszczone mają tak silne interakcje, że cząsteczki rozpuszczalnika ledwo mogą je rozdzielić. Gdy tak jest, minimalne stężenie wymienionej rozpuszczonej substancji rozpuszczonej jest wystarczające, aby wytrąciła się, a następnie jest nierozpuszczalnym ciałem stałym.
Nierozpuszczalne substancje stałe, tworząc drugą fazę stałą, która różni się od fazy ciekłej, wytwarzają niewiele roztworów nienasyconych. Na przykład, jeśli 1 litr cieczy A może rozpuścić tylko 1 g B bez wytrącania, wówczas mieszanie 1 litra A z 0, 5 g B wytworzy nienasycony roztwór.
W ten sam sposób zakres stężeń, które oscylują między 0 a 1 g B, również tworzą roztwory nienasycone. Ale gdy minie 1 g, B wytrąci się. Gdy tak się dzieje, roztwór przechodzi z nienasyconego do nasyconego B.
A jeśli temperatura wzrośnie? Jeśli ogrzewanie zostanie zastosowane do roztworu nasyconego 1, 5 g B, ciepło pomoże w rozpuszczeniu osadu. Jeśli jednak wytrąci się zbyt wiele B, ciepło nie będzie w stanie go rozpuścić. Jeśli tak, wzrost temperatury po prostu odparuje rozpuszczalnik lub ciecz A.
Przykłady
Przykłady roztworów nienasyconych są liczne, ponieważ zależą od rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Na przykład, dla tej samej cieczy A i innych substancji rozpuszczonych C, D, E ... Z, ich roztwory będą nienasycone, o ile nie wytrącają się lub nie tworzą pęcherzyków (jeśli są gazowymi substancjami rozpuszczonymi).
- Morze może dostarczyć dwóch przykładów. Woda morska to ogromny roztwór soli. Jeśli trochę tej wody zostanie zagotowane, zauważy się, że jest ona nienasycona w nieobecności strąconej soli. Jednakże, gdy woda odparowuje, rozpuszczone jony zaczynają zbierać się razem, pozostawiając saletrę przyklejoną do garnka.
-Innym przykładem jest rozpuszczanie tlenu w wodzie morskiej. Cząsteczka O 2 przecina głębiny morza na tyle, aby fauny morskie mogły oddychać; nawet jeśli nie jest zbyt dobrze rozpuszczalny. Z tego powodu powszechne jest obserwowanie pęcherzyków tlenu wynurzających się na powierzchnię; z których kilka molekuł potrafi się rozpuścić.
Podobna sytuacja występuje z cząsteczką dwutlenku węgla, CO2. W przeciwieństwie do O 2, CO 2 jest nieco bardziej rozpuszczalny, ponieważ reaguje z wodą tworząc kwas węglowy, H 2 CO 3 .
Różnica w stosunku do nasyconego roztworu
Podsumowując powyższe wyjaśnienie, jakie są różnice między roztworem nienasyconym i nasyconym? Po pierwsze, aspekt wizualny: nienasycone rozwiązanie składa się z jednej fazy. Dlatego nie może być ciała stałego (fazy stałej) ani pęcherzyków (faza gazowa).
Podobnie, stężenia substancji rozpuszczonej w nienasyconym roztworze mogą się zmieniać, aż powstanie osad lub pęcherzyk. W roztworach nasyconych, dwufazowych (ciecz-ciało stałe lub ciecz-gaz), stężenie rozpuszczonej substancji jest stałe.
Dlaczego? Ponieważ cząstki (cząsteczki lub jony), które tworzą osad, ustalają równowagę z tymi, które są rozpuszczone w rozpuszczalniku:
Cząstki (z osadu rozpuszczonego cząstek
Cząsteczki pęcherzyka Rozpuszczone cząsteczki
Ten scenariusz nie jest rozważany w rozwiązaniach nienasyconych. Próbując rozpuścić więcej substancji rozpuszczonej w nasyconym roztworze, równowaga przesuwa się w lewo; do powstawania większej ilości osadu lub pęcherzyków.
Ponieważ w roztworach nienasyconych równowaga (nasycenie) nie została jeszcze ustalona, ciecz może „magazynować” więcej ciała stałego lub gazu.
Wokół glonów na dnie morskim znajduje się rozpuszczony tlen, ale kiedy z jego liści pochodzą pęcherzyki tlenu, oznacza to, że występuje nasycenie gazem; w przeciwnym razie nie zaobserwowano by pęcherzyków.
