12.5: Равновесие и насыщение раствора.

Представьте, что добавьте небольшое количество сахара в стакан воды, помешивая до полного растворения сахара, а затем добавьте немного больше. Этот процесс можно повторить до тех пор, пока концентрация сахара в раствор не достигнет своего естественного предела, предела, определяемого в первую очередь относительными сильными сторонами растворителей-растворителей, растворителей-растворителей силы притяжения. Вы можете быть уверены, что достигли этого предела, потому что, независимо от того, как долго перемешивают раствор, остается нерастворенный сахар. Концентрация сахара в раствор на этом этапе известна как его растворимость.

Растворимость растворённое вещество в определенном растворителе — это максимальная концентрация, которая может быть достигнута в определенных условиях, когда процесс растворения находится в равновесии.

Когда концентрация растворимых веществ равна ее растворимости, раствор, как говорят, насыщается этим растворённое вещество. Если концентрация растворенного вещества меньше его растворимости, раствор считается ненасыщенным. раствор, содержащий относительно низкую концентрацию растворённое вещество, называется разбавленным, а один с относительно высокой концентрацией называется концентрированным.

Могут быть подготовлены растворы, в которых концентрация растворённое вещество превышает ее растворимость. Такие решения, как говорят, перенасыщены, и это интересные примеры неравновесных состояний. Например, газированный напиток в открытом контейнере, который еще не «зашел в плоское положение», перенасыщен газом углекислого газа; с учетом времени концентрация CO₂ будет снижаться до тех пор, пока он не достигнет своей растворимости.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 11.3: Растворимость.

Поскольку растворенное твердое вещество растворяется в растворителе, со временем концентрация молекул растворенного вещества в растворе увеличивается. Это увеличивает вероятность того, что некоторые молекулы растворенного вещества столкнутся и рекомбинируют с образованием кристаллов. Перекристаллизация и растворение два конкурирующих процесса.

Когда растворенное вещество начинает растворяться, скорость растворения намного превышает скорость перекристаллизации. По мере увеличения концентрации растворенного вещества скорость перекристаллизации увеличивается. Когда скорость растворения равна скорости перекристаллизации, устанавливается динамическое равновесие.

Раствор, находящийся в состоянии динамического равновесия, известен как насыщенный раствор. Любое дополнительное растворенное вещество, добавленное к этому раствору, останется нерастворенным. И наоборот, любой раствор, содержащий вещества меньше, чем количество, необходимое для образования насыщенного раствора, является ненасыщенным раствором и обладает способностью растворять больше растворенного вещества.

Если насыщенный раствор нагреть, он может растворить больше растворенного вещества. Когда раствор медленно охлаждают и не трясут, он образует перенасыщенный раствор, в котором раствор содержит больше, чем равновесное количество растворенного вещества. Эти перенасыщенные растворы нестабильны это означает, что избыток растворенного вещества часто выпадает в осадок.

Если к перенасыщенному раствору добавить небольшое количество растворенного вещества, твердое кристаллическое вещество действует как шаблон для перегруппировки избыточного растворенного вещества и образования кристаллов. Как только вновь образованные кристаллы осядут на дне, насыщенный раствор может оставаться стабильным, и динамическое равновесие восстанавливается.