12.5
Lösungsgleichgewicht und Sättigung
Stellen Sie sich vor, Sie geben eine kleine Menge Zucker in ein Glas Wasser, rühren, bis sich der gesamte Zucker aufgelöst hat, und geben dann noch et…
Wenn sich ein fester gelöster Stoff in einem Lösungsmittel auflöst, steigt mit der Zeit die Konzentration der gelösten Moleküle in der Lösung.
Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass einige der gelösten Moleküle kollidieren und sich zu Kristallen rekombinieren.
Rekristallisation und Auflösung sind zwei konkurrierende Prozesse.
Wenn sich der gelöste Stoff aufzulösen beginnt, ist die Auflösungsgeschwindigkeit viel größer als die Rekristallisationsrate. Mit zunehmender Konzentration des gelösten gelösten Stoffes nimmt die Rekristallisationsrate zu.
Wenn die Auflösungsgeschwindigkeit gleich der Rekristallisationsrate ist, wird ein dynamisches Gleichgewicht hergestellt.
Eine Lösung im dynamischen Gleichgewicht wird als gesättigte Lösung bezeichnet. Jeder weitere gelöste Stoff, der dieser Lösung zugesetzt wird, bleibt ungelöst.
Umgekehrt ist jede Lösung, die weniger als die Menge enthält, die zur Bildung einer gesättigten Lösung benötigt wird, eine ungesättigte Lösung und hat die Fähigkeit, mehr gelösten Stoff aufzulösen.
Wenn eine gesättigte Lösung erhitzt wird, kann sie mehr gelösten Stoff auflösen. Wenn die Lösung langsam abgekühlt und ungestört gelassen wird, bildet sie eine übersättigte Lösung, in der die Lösung mehr als die Gleichgewichtsmenge des gelösten Stoffes enthält
Diese übersättigten Lösungen sind instabil, was bedeutet, dass der überschüssige gelöste Stoff oft ausfällt.
Wenn der übersättigten Lösung eine kleine Menge gelöster Stoff zugesetzt wird, fungiert der kristalline Feststoff als Vorlage für den überschüssigen gelösten Stoff, um sich neu anzulagern und Kristalle zu bilden.
Sobald sich die neu gebildeten Kristalle am Boden abgesetzt haben, kann die gesättigte Lösung stabil bleiben und das dynamische Gleichgewicht wird wiederhergestellt.
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Q1: What is the difference between a saturated and unsaturated solution?
A saturated solution contains the maximum concentration of dissolved solute at equilibrium, where dissolution and recrystallization rates are equal. An unsaturated solution has less solute than needed to reach saturation and can dissolve more solute. The concentration limit of a saturated solution is determined by the relative strengths of solute-solute, solute-solvent, and solvent-solvent attractive forces.
Q2: What happens when you heat a saturated solution?
Heating a saturated solution increases its capacity to dissolve more solute. When the heated solution is cooled slowly and left undisturbed, it can form a supersaturated solution, which holds more solute than the equilibrium amount. Supersaturated solutions are unstable and the excess solute often precipitates out.
Q3: How does dynamic equilibrium establish in a solution?
As a solid solute dissolves, the concentration of dissolved molecules increases, raising the chance of recrystallization. Initially, dissolution occurs faster than recrystallization. When the rate of dissolution equals the rate of recrystallization, dynamic equilibrium is established, creating a saturated solution where both processes continue at equal rates.
Q4: What is a supersaturated solution and why is it unstable?
A supersaturated solution contains more dissolved solute than the equilibrium amount, making it a nonequilibrium state. These solutions are unstable because the excess solute tends to precipitate. Adding a small amount of solute or disturbing the solution provides a template for crystallization, allowing the excess solute to rearrange and form crystals.
Q5: What determines the solubility of a solute in a solvent?
Solubility is determined primarily by the relative strengths of solute-solute, solute-solvent, and solvent-solvent attractive forces. These intermolecular forces govern the maximum concentration achievable when the dissolution process reaches equilibrium. The solubility represents the limit at which no more solute can dissolve under given conditions.
Q6: Why does recrystallization increase as solute concentration rises?
As dissolved solute concentration increases, the probability of solute molecules colliding and recombining to form crystals increases. Higher concentration means more solute particles in solution, raising collision frequency. This increased recrystallization rate eventually matches the dissolution rate, establishing the dynamic equilibrium characteristic of a saturated solution.
Q7: What happens to a supersaturated solution when a seed crystal is added?
Adding a seed crystal to a supersaturated solution provides a template for crystallization. The excess solute rearranges around the crystalline solid and forms new crystals. Once the crystals settle, the solution returns to saturation and dynamic equilibrium is reestablished, stabilizing the solution.