12.5
Çözüm Dengesi ve Doygunluk
Bir bardak suya az miktarda şeker eklediğinizi, tüm şeker eriyene kadar karıştırdığınızı ve ardından biraz daha eklediğinizi hayal edin. Çözeltinin şe…
Katı bir çözünen bir çözücü içinde çözündükçe, zamanla çözeltideki çözünen moleküllerin konsantrasyonu artar. Bu, bazı çözünen moleküllerin kristaller oluşturmak üzere çarpışması ve yeniden birleşmesi olasılığını artırır. Yeniden kristalleşme ve çözünme, birbiriyle yarışan iki süreçtir.
Çözünen madde çözünmeye başladığında, çözünme hızı yeniden kristalleşme hızından çok daha büyüktür. Çözünmüş çözünen maddenin konsantrasyonu arttıkça, yeniden kristalleşme hızı artar. Çözünme hızı yeniden kristalleşme hızına eşit olduğunda dinamik bir denge kurulur.
Dinamik dengede bir çözelti doymuş bir çözelti olarak bilinir. Bu çözeltiye eklenen herhangi bir başka çözünen madde çözülmeden kalacaktır. Tersine, doymuş bir çözelti oluşturmak için gereken miktardan daha azını içeren herhangi bir çözelti doymamış bir çözeltidir ve daha fazla çözünen maddeyi çözme kapasitesine sahiptir.
Doymuş bir çözelti ısıtılırsa, daha fazla çözünen maddeyi çözebilir. Çözelti yavaşça soğutulduğunda ve bozulmadan bırakıldığında, çözeltinin denge miktardaki çözünen maddeden daha fazlasını tuttuğu aşırı doygun bir çözelti oluşturur. Bu aşırı doymuş çözeltiler kararsızdır yani fazla çözünen madde genellikle çöker.
Aşırı doymuş çözeltiye az miktarda çözünen ilave edilirse, kristal katı, fazla çözünen maddenin kristalleri yeniden düzenleyip oluşturması için bir şablon görevi görür. Yeni oluşan kristaller dibe yerleştikten sonra, doymuş çözelti sabit kalabilir ve dinamik denge yeniden sağlanabilir.
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.