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Equilíbrio e Saturação de Soluções
Imagine adicionar uma pequena quantidade de açúcar a um copo com água, mexer até que todo o açúcar se dissolva e, em seguida, adicionar um pouco mais.…
À medida que um soluto sólido se dissolve num solvente, ao longo do tempo a concentração de moléculas de soluto na solução aumenta. Isto aumenta as hipóteses de que algumas das moléculas do soluto colidirão e recombinarão para formar cristais. Recristalização e dissolução são dois processos concorrentes.
Quando o soluto começa a dissolver-se, a taxa de dissolução é muito maior do que a taxa de recristalização. Como a concentração aumenta de soluto dissolvido, a taxa de aumenta a recristalização. Quando a taxa de dissolução é igual à taxa de recristalização, uma dinâmica de equilíbrio é estabelecida.
Uma solução em equilíbrio dinâmico é conhecida como uma solução saturada. Qualquer outro soluto acrescentado a esta solução permanecerá por dissolver. Em contrapartida, qualquer solução contendo menos do que o montante necessário para formar uma solução saturada é uma solução insaturada e tem a capacidade para dissolver mais soluto.
Se uma solução é aquecida, pode dissolver mais soluto. Quando a solução é arrefecida lentamente e sem ser perturbada, forma uma solução supersaturada onde a solução se mantém mais do que o equilíbrio de quantidade de soluto. Estas soluções supersaturadas são instáveis, ou seja o soluto em excesso precipita-se frequentemente.
Se uma pequena quantia de soluto é adicionada para a solução supersaturada, os atomos sólidos cristalinos agem como um modelo para o soluto em excesso para reordenar e formar cristais. Uma vez os cristais recém-formados instalaram-se no fundo, a solução saturada pode permanecer estável e equilíbrio dinâmico é restabelecido.
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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.