Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τα κορεσμένα διαλύματα στη χημεία

Κορεσμένο διάλυμα είναι αυτό που δεν δέχεται τη διάλυση περισσότερης διαλυμένης ουσίας. Με άλλα λόγια, είναι ένα διάλυμα στο οποίο έχει ήδη επιτευχθεί η μέγιστη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας που μπορεί να διαλυθεί στον συγκεκριμένο διαλύτη και σε συγκεκριμένη πίεση και θερμοκρασία. Πρόκειται για διαλύματα στα οποία έχει εδραιωθεί η ισορροπία διαλυτότητας μεταξύ της διαλυμένης ουσίας που είναι διαλυμένη στον διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας σε στερεή κατάσταση στον πυθμένα του δοχείου, σε υγρή κατάσταση είτε πάνω είτε κάτω από τον διαλύτη (ανάλογα με τις πυκνότητες) ή σε μια αέρια κατάσταση.

ισορροπία διαλυτότητας

Όπως μόλις αναφέρθηκε, ένα διάλυμα είναι κορεσμένο όταν επιτευχθεί η ισορροπία διαλυτότητας. Στην απλούστερη περίπτωση, αυτή η ισορροπία μπορεί να αναπαρασταθεί από την ακόλουθη χημική εξίσωση:

Όπου το S αντιπροσωπεύει μια μοριακή διαλυμένη ουσία (η οποία δεν διασπάται) και οι δείκτες υποδεικνύουν εάν είναι καθαρή και σε στερεή κατάσταση ή εάν είναι διαλυμένη (ac σημαίνει σε υδατικό διάλυμα, αν και θα μπορούσε να είναι σε οποιονδήποτε άλλο διαλύτη).

Όταν έχετε μοριακούς διαλύτες όπως σε αυτήν την περίπτωση, για να λάβετε ένα κορεσμένο διάλυμα και να επιτευχθεί ισορροπία, είναι απαραίτητο η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα να είναι ίση με τη σταθερά ισορροπίας, Ks, και να υπάρχει ακόμα κάποια διαλυμένη ουσία σε αδιάλυτη στερεά κατάσταση.

Στην περίπτωση ιοντικών διαλυμένων ουσιών όπως τα άλατα, η γενική αντίδραση μοιάζει με αυτό:

όπου K _ps είναι η σταθερά προϊόντος διαλυτότητας, το [M ^m+ ] _eq αντιπροσωπεύει τη μοριακή συγκέντρωση του κατιόντος M ^m+ στο κορεσμένο διάλυμα και το [A ^n- ] _eq αντιπροσωπεύει τη μοριακή συγκέντρωση του A ^n- στο κορεσμένο διάλυμα.

Σε αυτή την περίπτωση, η συνθήκη που ορίζει το κορεσμένο διάλυμα είναι ότι το γινόμενο των συγκεντρώσεων των ιόντων στο διάλυμα (M m+ ^και A ^n- ) ανυψωμένο στους αντίστοιχους στοιχειομετρικούς συντελεστές τους (nym) πρέπει να είναι ίσο με τη σταθερά του γινομένου του διαλυτότητα. Αν το αποτέλεσμα είναι μεγαλύτερο από K _ps , το διάλυμα είναι υπερκορεσμένο και αν είναι μικρότερο, είναι ακόρεστο.

Η ισορροπία του κορεσμένου διαλύματος είναι δυναμική.

Όταν επιτυγχάνεται ένα κορεσμένο διάλυμα, φαίνεται ότι η διαλυμένη ουσία δεν διαλύεται πλέον στον διαλύτη και ότι η διαδικασία διάλυσης έχει σταματήσει. Ωστόσο, αυτό δεν είναι ακριβώς έτσι. Στην πραγματικότητα, όπως στις περισσότερες χημικές ισορροπίες, η ισορροπία διαλυτότητας δεν είναι μια στατική ισορροπία αλλά μια δυναμική, στην οποία η μπροστινή αντίδραση (διάλυση περισσότερης διαλυμένης ουσίας) και η αντίστροφη αντίδραση (καθίζηση διαλυμένης ουσίας από διάλυμα) συμβαίνουν ταυτόχρονα. τιμή. Για το λόγο αυτό δεν σημειώνεται αλλαγή ούτε στην καθαρή ποσότητα της στερεάς διαλυμένης ουσίας ούτε στη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα.

Τρόποι λήψης κορεσμένου διαλύματος

Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι λήψης κορεσμένων διαλυμάτων:

1. Προσθέστε τη διαλυμένη ουσία μέχρι να μην διαλυθεί άλλο , ανεξάρτητα από το πόσο έντονα ανακινείται το διάλυμα. Αυτή είναι η απλούστερη μέθοδος, αν και μερικές φορές μπορεί να είναι πολύ κουραστική αφού υπάρχουν διαλυμένες ουσίες που διαλύονται πολύ αργά.
2. Ο δεύτερος τρόπος είναι να ξεκινήσετε από ένα ακόρεστο διάλυμα και να ξεκινήσετε την εξάτμιση του διαλύτη . Καθώς ο συνολικός όγκος του διαλύματος μειώνεται χωρίς απώλεια διαλυμένης ουσίας, η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας θα αυξηθεί μέχρι να επιτευχθεί η μέγιστη συγκέντρωση (ή διαλυτότητα). Εκείνη τη στιγμή η διαλυμένη ουσία θα αρχίσει να κατακρημνίζεται και από εκεί και πέρα ​​θα έχετε ένα κορεσμένο διάλυμα.
3. Ένας άλλος τρόπος είναι να διαλυθεί περισσότερη διαλυμένη ουσία από αυτή που μπορεί να αντέξει ο διαλύτης μέσω της θέρμανσης . Αφήνοντας αυτό το διάλυμα να κρυώσει , θα ληφθεί ένα υπερκορεσμένο διάλυμα. Για το λόγο αυτό, οποιαδήποτε διαταραχή, από μια δόνηση έως τη σπορά ενός μικρού κρυστάλλου στην επιφάνεια του διαλύματος, θα προκαλέσει αμέσως την καθίζηση περίσσειας διαλυμένης ουσίας. Αυτή η βροχόπτωση θα σταματήσει μόλις επιτευχθεί το επίπεδο κορεσμού.

Υπάρχει ένας τέταρτος τρόπος λήψης κορεσμένων διαλυμάτων από ακόρεστα διαλύματα που συνίσταται στην προοδευτική τροποποίηση του μέσου ή του διαλύτη για τη μείωση της διαλυτότητας της διαλυμένης ουσίας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη ενός οργανικού διαλύτη, την αλλαγή του pH και με άλλους τρόπους επίσης.

Παράγοντες που επηρεάζουν την ισορροπία διαλυτότητας και κορεσμένα διαλύματα

Η φύση της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη

Κάθε χημική ένωση έχει τη διαλυτότητά της σε κάθε διαφορετικό τύπο διαλύτη. Για παράδειγμα, η ζάχαρη είναι πολύ πιο διαλυτή από το αλάτι στο νερό, επομένως θα είναι πάντα πιο εύκολο να κορεστεί ένα διάλυμα με αλάτι παρά με ζάχαρη. Υπάρχουν επίσης περιπτώσεις στις οποίες είναι αδύνατο να ληφθεί ένα κορεσμένο διάλυμα. Αυτή είναι η περίπτωση των διαλυμένων ουσιών που είναι αναμίξιμες με τον διαλύτη, όπως διαλύματα αιθυλικής αλκοόλης και νερού, τα οποία μπορούν να αναμειχθούν σε οποιαδήποτε αναλογία.

Θερμοκρασία

Όπως είδαμε μόλις τώρα, η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο στα κορεσμένα διαλύματα, καθώς η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να αυξήσει τη διαλυτότητα της διαλυμένης ουσίας, διαλύοντας όλη τη στερεά διαλυμένη ουσία και μετατρέποντας ένα κορεσμένο διάλυμα σε ακόρεστο.

Από την άλλη πλευρά, η επίδραση της θερμοκρασίας στη διαλυτότητα των αερίων είναι ακριβώς το αντίθετο. Αντί να αυξήσουν τη διαλυτότητά του, οι υψηλές θερμοκρασίες το μειώνουν. Απόδειξη αυτού είναι η περίπτωση των αναψυκτικών. Αυτά χάνουν τα περισσότερα από τα αέρια τους με την αύξηση της θερμοκρασίας.

pH

Σε εκείνες τις περιπτώσεις που η διαλυμένη ουσία έχει ιδιότητες οξέος-βάσης, το pH μπορεί να παίξει πολύ σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της διαλυτότητάς της. Γενικά, οποιαδήποτε αντίδραση που βοηθά στον περαιτέρω ιονισμό της διαλυμένης ουσίας θα αυξήσει τη διαλυτότητά της, η οποία μπορεί να μετατρέψει ένα κορεσμένο διάλυμα σε ακόρεστο.

Για παράδειγμα, εάν η διαλυμένη ουσία είναι ένα ασθενές οξύ όπως το βενζοϊκό οξύ και έχετε ένα κορεσμένο διάλυμα, η προσθήκη υδροξειδίου του νατρίου που αντιδρά με το εν λόγω οξύ και το ιονίζει θα βοηθήσει στη διάλυση περισσότερης διαλυμένης ουσίας στο διάλυμα.

Η πίεση

Η πίεση επηρεάζει περισσότερο τις αέριες διαλυμένες ουσίες. Η έντονη αύξηση της πίεσης των αερίων πάνω από ένα διάλυμα μπορεί να αναγκάσει το αέριο να διαλυθεί σε μεγαλύτερη ποσότητα στον διαλύτη. Αυτό θα ισοδυναμούσε με την αύξηση της θερμοκρασίας για τις στερεές διαλυμένες ουσίες. Στην περίπτωση των αερίων, εφόσον το διάλυμα και το αέριο είναι περιορισμένα σε ένα σφραγισμένο δοχείο, ανεξάρτητα από το πόση πίεση είναι, το διάλυμα θα καταλήγει πάντα κορεσμένο αέριο εάν του δοθεί αρκετός χρόνος.

φαινόμενο κοινών ιόντων

Το κοινό ιόν αντιπροσωπεύει ένα αποτέλεσμα παρόμοιο με αυτό του pH. Όταν είναι επιθυμητό να διαλυθεί μια ιοντική διαλυμένη ουσία σε ένα διάλυμα, θα διασπαστεί και θα παράγει μια ορισμένη συγκέντρωση των αντίστοιχων ιόντων της. Αν προσπαθήσουμε να διαλύσουμε την ίδια ιοντική διαλυμένη ουσία σε ένα διάλυμα που περιέχει ήδη ένα από τα ιόντα της, θα είναι πιο δύσκολο να τη διαλύσουμε παρά αν το κάναμε στον καθαρό διαλύτη. Αυτό ονομάζεται φαινόμενο κοινού ιόντος και διευκολύνει τον κορεσμό των διαλυμάτων.

Παραδείγματα κορεσμένων διαλυμάτων

Σφραγισμένα ανθρακούχα ποτά

Όλα τα αναψυκτικά, οι αναψυκτικές και οι ανθρακούχες μπύρες είναι κορεσμένα διαλύματα διοξειδίου του άνθρακα στο νερό, εφόσον το μπουκάλι ή το κουτί είναι πλήρως σφραγισμένο.

Τη στιγμή που η φιάλη ξεφύλλεται, η ισορροπία χάνεται και το διάλυμα γίνεται ξαφνικά ένα υπερκορεσμένο διάλυμα, οπότε τα αέρια αρχίζουν να βγάζουν φυσαλίδες, διαφεύγοντας.

Το νερό στις όχθες της νεκρής θάλασσας

Η Νεκρά Θάλασσα είναι μια από τις πιο αλμυρές λίμνες στη γη, και στην ακτή μπορείτε να δείτε την κρυστάλλωση του αλατιού που προέρχεται από το νερό της λίμνης. Αυτό σημαίνει ότι, σε ορισμένα σημεία, το νερό έχει παγιδευτεί σε μικρές λακκούβες που, όταν εξατμίζονται, κορέσουν με αλάτι και αρχίζουν να κατακρημνίζονται.

ορισμένα είδη μελιού

Υπάρχουν ορισμένα είδη μελιού που είναι πιο συμπυκνωμένα από άλλα, και σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι τόσο συμπυκνωμένα που τα σάκχαρα που περιέχουν αρχίζουν να κρυσταλλώνονται στο μπουκάλι.

Αυτό δείχνει ότι το διάλυμα ήταν αρχικά υπερκορεσμένο και ότι, μετά την κρυστάλλωση, έγινε κορεσμένο διάλυμα.

βιβλιογραφικές αναφορές

Brown, T. (2021). Χημεία: Το Κέντρο Επιστημών. (11η έκδ.). Λονδίνο, Αγγλία: Εκπαίδευση Pearson.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Χημεία (10η έκδ.). Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη: MCGRAW-HILL.

Flowers, P., Theopold, K., Langley, R., & Robinson, WR (2019). Χημεία 2ε . Ανακτήθηκε από https://openstax.org/books/chemistry-2e

Bubis, Μ. (1998). Η Νεκρά Θάλασσα – Μια Ασυνήθιστη Θάλασσα. Ανακτήθηκε από http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/49306/Documento_completo.pdf

Μέλι και θερμοκρασία (η) Ανακτήθηκε από https://www.latiendadelapicultor.com/blog/la-miel-y-la-temperatura/