12.5
Wyobraźmy sobie, że dodajemy niewielką ilość cukru do szklanki wody, mieszamy, aż cały cukier się rozpuści, a następnie dodajemy jeszcze więcej cukru.…
Gdy stała substancja rozpuszczona rozpuszcza się w rozpuszczalniku, z czasem stężenie cząsteczek substancji rozpuszczonej w roztworze wzrasta.
Zwiększa to szanse, że niektóre cząsteczki substancji rozpuszczonej zderzą się i połączą ponownie, tworząc kryształy.
Rekrystalizacja i rozpuszczanie to dwa konkurencyjne procesy.
Kiedy substancja rozpuszczona zaczyna się rozpuszczać, szybkość rozpuszczania jest znacznie większa niż szybkość rekrystalizacji. Wraz ze wzrostem stężenia rozpuszczonej substancji rozpuszczonej wzrasta szybkość rekrystalizacji.
Gdy szybkość rozpuszczania jest równa szybkości rekrystalizacji, ustala się równowagę dynamiczną.
Roztwór w równowadze dynamicznej jest znany jako roztwór nasycony. Jakakolwiek kolejna substancja rozpuszczona dodana do tego roztworu pozostanie nierozpuszczona.
I odwrotnie, każdy roztwór zawierający mniej niż ilość potrzebną do utworzenia roztworu nasyconego jest roztworem nienasyconym i ma zdolność rozpuszczania większej ilości substancji rozpuszczonej.
Jeśli nasycony roztwór zostanie podgrzany, może rozpuścić więcej substancji rozpuszczonej. Gdy roztwór jest powoli schładzany i pozostawiany w spokoju, tworzy przesycony roztwór, w którym roztwór zawiera więcej niż równowagowa ilość substancji rozpuszczonej
Te przesycone roztwory są niestabilne, co oznacza, że nadmiar substancji rozpuszczonej często się wytrąca.
Jeśli niewielka ilość substancji rozpuszczonej zostanie dodana do przesyconego roztworu, krystaliczne ciało stałe działa jak matryca dla nadmiaru substancji rozpuszczonej w celu przegrupowania i utworzenia kryształów.
Gdy nowo powstałe kryształy osiądą na dnie, nasycony roztwór może pozostać stabilny i ponownie zostaje przywrócona równowaga dynamiczna.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
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.