Что такое ненасыщенный раствор в химии

Понятие о растворах. Растворимость веществ

Растворы — гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов.

Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенных веществ (газообразных, жидких, твердых):

Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы — это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы — это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт, эфир и т. д.). На практике чаще применяются водные растворы.

Растворение веществ

Растворение — сложный физико-химический процесс. Разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя — это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, т.е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.

Сольваты — продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.

Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией. Процесс образования гидратов называется гидратацией. Гидраты некоторых веществ можно выделить в кристаллическом виде при выпаривании растворов. Например:

Что представляет собой и как образуется кристаллическое вещество синего цвета? При растворении в воде сульфата меди (II) происходит его диссоциация на ионы:

Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:

При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди (II) — CuSО₄ • 5Н₂О.

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами. Вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной водой. Примеры кристаллогидратов:

Впервые идею о химическом характере процесса растворения высказал Д. И. Менделеев в разработанной им химической (гидратной) теории растворов (1887 г.). Доказательством физико-химического характера процесса растворения являются тепловые эффекты при растворении, т. е. выделение или поглощение теплоты.

Тепловой эффект растворения равен сумме тепловых эффектов физического и химического процессов. Физический процесс протекает с поглощением теплоты, химический — с выделением.

Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше теплоты, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение — экзотермический процесс. Выделение теплоты наблюдается, например, при растворении в воде таких веществ, как NaOH, AgNО₃, H₂SО₄, ZnSО₄ и др.

Если для разрушения структуры вещества необходимо больше теплоты, чем ее образуется при гидратации, то растворение — эндотермический процесс. Это происходит, например, при растворении в воде NaNО₃, KCl, K₂SO₄, KNO₂, NH₄Cl и др.

Растворимость веществ

Мы знаем, что одни вещества хорошо растворяются, другие — плохо. При растворении веществ образуются насыщенные и ненасыщенные растворы.

Насыщенный раствор — это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данной температуре.

Ненасыщенный раствор — это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данной температуре.

Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости. Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 мл растворителя при данной температуре.

Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).

По растворимости в воде вещества делят на 3 группы:

Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде:

Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы растворенного вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления — увеличивается.

Зависимость растворимости твердых веществ от температуры показывают кривые растворимости. Растворимость многих твердых веществ увеличивается при повышении температуры.

По кривым растворимости можно определить: 1) коэффициент растворимости веществ при различных температурах; 2) массу растворенного вещества, которое выпадает в осадок при охлаждении раствора от t₁ o C до t₂ o C.

Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией. Перекристаллизация используется для очистки веществ.

Источник

Растворы

Растворы – это однородные гомогенные системы, состоящие из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Растворенное вещество равномерно распределено в растворителе. Раствор может состоять из двух и более компонентов.

Растворы бывают жидкие, твердые и газообразные.

Растворитель – это то вещество, которое не изменяет агрегатное состояние при растворении. В случае смешения веществ с одинаковым агрегатным состоянием (жидкость-жидкость, газ-газ, твердое-твердое) растворителем считается тот компонент, содержание которого больше.

Образование раствора зависит от характера взаимодействия частиц растворителя и растворенного вещества, и их природы.

В школьном курсе рассматриваются преимущественно растворы электролитов. В курсе ВУЗов рассматриваются также истинные и коллоидные растворы, золи и другие системы.

По способности растворяться вещества условно делят на:

Обратите внимание!

При попадании в воду вещество может:

Коэффициент растворимости – отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (например, 10 г соли на 100 г воды).

По концентрации растворенного вещества растворы делят на:

Ненасыщенные растворы – это растворы, в которых концентрация растворенного вещества меньше, чем в соответствующем насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количества растворенного вещества.

Пересыщенный раствор – это раствор, в котором концентрация растворенного вещества больше, чем в насыщенном. Избыток растворенного вещества легко выпадает в осадок. Приготовить пересыщенный раствор можно, например, с помощью охлаждения насыщенного раствора поваренной соли. При понижении температуры растворимость поваренной соли уменьшается, и раствор становится пересыщенным.

По концентрации растворенного вещества растворы также разделяют на концентрированные и разбавленные:

Концентрированные растворы – это растворы с относительно высоким содержанием растворенного вещества.

Разбавленные растворы – это растворы с относительно низким содержанием растворенного вещества.

Это деление очень условно, и не связано с делением раствора по насыщенности. Разбавленный раствор может быть насыщенным, а концентрированный раствор не всегда может оказаться насыщенным.

Физические величины, характеризующие состав раствора – это массовая доля, массовый процент, молярность (молярная концентрация), мольная доля, мольный процент, мольное соотношение, растворимость (для насыщенных растворов), объемная доля, объемный процент и некоторые другие величины, которые проходятся в курсе ВУЗов (нормальность или нормальная концентрация, моляльность, титр).

Остановимся подробнее на каждой из них:

1. Массовая доля, масс. доли — это отношение массы растворенного вещества m_р.в. к массе раствора m_р-ра, выраженное в долях от единицы. Долю можно также выразить в процентах, умножив на 100, тогда мы получим массовый процент, масс. %.

Задачи на материальный баланс с использованием массовой доли — обязательный компонент экзаменов по химии (и не только!) разных уровней. Научиться решать задачи на массовую долю и материальный баланс (смешение, разбавление, концентрирование и приготовление растворов) можно здесь!

2. Молярная концентрация (молярность), моль/л, М – это отношение количества растворенного вещества ν, моль к объему всего раствора V_р-ра, л. Концентрация 1 моль растворенного вещества на 1 литр раствора также обозначается так: 1 М. Такой раствор называют «одномолярный». Двухмолярный раствор — 2 М соответствует концентрации 2 моль растворенного вещества на 1 литр раствора и т.д.

Задачи на молярную концентрацию, как правило, встречаются в курсе ВУЗов, в химических олимпиадах и вступительных экзаменах в ВУЗы. Научиться решать задачи на молярную концентрацию можно здесь.

3. Мольная доля, мольн. дол. – это отношение количества растворенного вещества ν_р.в., моль к общему количеству вещества всех компонентов в растворе ν_р-ра, моль:

Мольная доля также может быть выражена в мольных процентах (% мольн.), если умножить долю на 100%. Задачи на мольную долю встречаются в курсе ВУЗов, олимпиадах и вступительных экзаменах. Научиться решать задачи на мольную долю можно здесь.

4. Объемная доля, объемн. дол. – это отношение объема растворенного вещества V_р.в., л к общему объему раствора или смеси V_р-ра, л:

Объемная доля также может быть выражена в объемных процентах (% объемн.), если умножить долю на 100%. Задачи на объемную долю, как правило, сводятся к решению задач на мольную долю, т.к. для газовых смесей объемные и мольные доли компонентов в смеси равны.

5. Мольное соотношение – это отношение количества растворенного вещества к количеству вещества растворителя. Также может использоваться массовое соотношение и объемное соотношение.

6. Растворимость – это отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (применяется, как правило, для насыщенных растворов).

7. Титр, г/мл – это отношение массы растворенного вещества m_р.в., г к объему раствора, выраженному в миллилитрах V_р-ра, мл:

8. Моляльность.

9. Нормальная концентрация (нормальность)

По механизму растворения растворы делят на физические и химические.

Физическое растворение — это растворение, при котором происходит разрыв и образование только межмолекулярных связей (включая водородные). Физически растворяются только некоторые вещества с молекулярной кристаллической решеткой. Например, растворение нафталина в спирте и воде — опыт.

Химическое растворение — это растворение, при котором разрушаются химические связи в веществе. Химическое растворение, как правило, сопровождается электролитической диссоциацией растворяемого вещества. Подробнее про электролитическую диссоциацию и химическое растворение здесь.

Важно! Подобное хорошо растворяется в подобном. Неполярные растворители хорошо растворяют неполярные вещества. Полярные растворители хорошо растворяют полярные вещества. Понимание механизмов растворения, природы растворяемого вещества и растворителя позволяет легко определить растворимость одного вещества в другом.

Источник

Урок №32. Вода — растворитель. Растворы.

Растворы – это однородные гомогенные системы, состоящие из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Растворенное вещество равномерно распределено в растворителе. Раствор может состоять из двух и более компонентов.

Растворы по агрегатному состоянию бывают жидкие (раствор соли, кровь), твердые (сплавы металлов) и газообразные (воздух).

Растворитель – это то вещество, которое не изменяет агрегатное состояние при растворении. В случае смешения веществ с одинаковым агрегатным состоянием (жидкость-жидкость, газ-газ, твердое-твердое) растворителем считается тот компонент, содержание которого больше.

Образование раствора зависит от характера взаимодействия частиц растворителя и растворенного вещества, и их природы.

В школьном курсе рассматриваются преимущественно растворы электролитов (растворы с электропроводимостью). В курсе ВУЗов рассматриваются также истинные и коллоидные растворы, золи и другие системы.

Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным. Пересыщенные растворы представляют собой неустойчивые, неравновесные системы, в которых наблюдается самопроизвольный переход в равновесное состояние. При этом выделяется избыток растворенного вещества, и раствор становится насыщенным.

Насыщенный раствор – это раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется.

Суспензией называют взвесь, в которой мелкие частицы твёрдого вещества равномерно распределены между молекулами воды.

Эмульсией называют взвесь, в которой мелкие капельки какой-либо жидкости распределены между молекулами другой жидкости.

По способности растворяться вещества условно делят на:

малорастворимые (от 0,001 до 1 грамма растворенного вещества на 100 грамм растворителя);

растворимые (больше 1 г растворенного вещества на 100 г растворителя);

нерастворимые (менее 0,001 г растворенного вещества на 100 г растворителя).

При попадании в воду вещество может:

1. раствориться в воде, то есть перемешаться с ней на атомно-молекулярном уровне;

2. химически прореагировать с водой;

3. не раствориться в воде и химически не прореагировать.

Одни вещества хорошо растворяются в воде, другие мало, а третьи – не растворяются совсем.

Физический – разрушение структуры растворяемого вещества

Химический – образование гидратов (сольватов, если растворитель не вода), вследствие взаимодействия молекул растворителя с частицами растворённого вещества).

Если на разрушение кристаллической решётки затрачивается больше энергии, чем выделяется при образовании гидратов, то растворение сопровождается охлаждением раствора (NH 4 NO 3 ; KNO 3 ), а если меньше – нагреванием (приготовление растворов щелочей, кислот).

Растворение газов и жидкостей не сопровождается разрушением кристаллической решётки, поэтому такие процессы растворения всегда экзотермические.

Тепловые эффекты растворения подавляющего большинства веществ незначительны, потому не заметны.

Растворимость увеличивается с ростом температуры (бывают исключения). Вы прекрасно знаете, что удобнее и быстрее растворять сахар в горячей, а не в холодной воде.

Попробуйте сами определить растворимость веществ (см. Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде).

Растворимость веществ

По растворимости в воде все вещества делятся на три группы:

1) хорошо растворимые, 2) малорастворимые и 3) практически нерастворимые.

Многие вещества в воде растворяются весьма хорошо. Примером таких веществ могут служить сахар, медный купорос, гидроксид натрия (твердые вещества), спирт, ацетон (жидкие вещества), хлороводород, аммиак (газообразные вещества).

Из приведенных примеров следует, что растворимость прежде всего зависит от природы веществ. Кроме того, она зависит также от температуры и давления. Сам процесс растворения обусловлен взаимодействием частиц растворимого вещества и растворителя; это самопроизвольный процесс.

По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор и удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. С другой стороны, по относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные.

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, — ненасыщенным.

Источник

Ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные растворы.

При растворении твердого или газообразного вещества в растворителе при постоянном давлении и температуре (р = const, Т = const) концентрация раствора не стремится к бесконечности.

Ненасыщенный раствор – это раствор, в котором при данной температуре вещество ещё может растворяться.

В некоторый момент растворяемое вещество перестает растворяться, т.к. достигнута определенная его концентрация, которая уже более не меняется и остается величиной постоянной, т.е. раствор достиг фазового равновесия:

растворяемое вещество раствор.

Насыщенный раствор – раствор, в котором растворяемое вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находится в равновесии с растворяемым веществом.

При изменении температуры или давления можно продлить процесс растворения. При этом получим раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в обычных условиях в насыщенном растворе. Такой раствор называется пересыщенным. Пересыщенные растворы – это неустойчивые, неравновесные системы, которые, например, при лёгком сотрясении сосуда или введении в раствор кристаллов вещества, находящегося в растворе, переходят в равновесное состояние, выделяя избыток растворенного вещества, и раствор становится насыщенным.

Насыщенные растворы в зависимости от значения растворимости веществ разделяются на:

Источник

Ненасыщенный раствор: из чего он состоит и примеры

Содержание:

А ненасыщенный раствор Это все, в чем среда растворителя еще способна растворять больше растворенного вещества. Эта среда обычно жидкая, хотя может быть и газообразной. Что касается растворенного вещества, это конгломерат частиц в твердом или газообразном состоянии.

А как насчет жидких растворенных веществ? В этом случае раствор является однородным до тех пор, пока обе жидкости смешиваются. Примером этого является добавление этилового спирта к воде; две жидкости с их молекулами, CH₃CH₂ОН и Н₂Или они смешиваются, потому что образуют водородные связи (CH₃CH₂ОЙ ОЙ₂).

Однако если дихлорметан (CH₂Cl₂) и воды, они образуют раствор с двумя фазами: водной и органической. Зачем? Поскольку молекулы CH₂Cl₂ и H₂Или они взаимодействуют очень слабо, так что одна скользит по другой, в результате чего образуются две несмешивающиеся жидкости.

Крошечная капля CH₂Cl₂ (растворенного вещества) достаточно для насыщения воды (растворителя). Если бы, наоборот, они могли образовать ненасыщенный раствор, то был бы виден полностью гомогенный раствор. По этой причине только твердые и газообразные растворенные вещества могут образовывать ненасыщенные растворы.

Что такое ненасыщенный раствор?

В ненасыщенном растворе молекулы растворителя взаимодействуют настолько эффективно, что молекулы растворенного вещества не могут образовывать другую фазу.

Что это значит? Что взаимодействия растворитель-растворенное вещество превышают, с учетом условий давления и температуры, взаимодействия растворенного вещества-растворенного вещества.

Этот осадок возникает из-за того, что молекулы растворенного вещества могут группироваться вместе из-за их химической природы, присущей их структуре или связям. Когда это происходит, говорят, что раствор насыщен растворенным веществом.

Следовательно, ненасыщенный раствор твердого вещества состоит из жидкой фазы без осадка. Если растворенное вещество является газообразным, то в ненасыщенном растворе не должно быть пузырьков (которые представляют собой не что иное, как скопления газообразных молекул).

Влияние температуры

Температура напрямую влияет на степень ненасыщенности раствора по отношению к растворенному веществу. В основном это может быть связано с двумя причинами: ослаблением взаимодействий растворенного вещества с растворенным веществом из-за воздействия тепла и увеличением молекулярных колебаний, которые помогают диспергировать молекулы растворенного вещества.

Если среда растворителя рассматривается как компактное пространство, в отверстиях которого размещены молекулы растворенного вещества, при повышении температуры молекулы будут вибрировать, увеличивая размер этих отверстий; таким образом, чтобы растворенное вещество могло прорваться в других направлениях.

Нерастворимые твердые вещества

Однако некоторые растворенные вещества настолько сильно взаимодействуют, что молекулы растворителя вряд ли могут их разделить. Когда это так, минимальной концентрации растворенного растворенного вещества достаточно для его осаждения, и тогда это нерастворимое твердое вещество.

Нерастворимые твердые вещества, образуя вторую твердую фазу, которая отличается от жидкой фазы, образуют небольшое количество ненасыщенных растворов. Например, если 1 л жидкости A может растворить только 1 г B без осаждения, то смешивание 1 л A с 0,5 г B приведет к образованию ненасыщенного раствора.

Аналогичным образом, в диапазоне концентраций от 0 до 1 г B также образуются ненасыщенные растворы. Но при переходе с 1g B выпадет в осадок. Когда это происходит, раствор переходит из ненасыщенного в насыщенный B.

Что делать, если температура повышается? Если раствор, насыщенный 1,5 г B, подвергнуть нагреванию, нагрев поможет растворить осадок. Однако, если осажденного B много, тепло не сможет его растворить. В таком случае при повышении температуры растворитель или жидкость A просто испаряются.

Примеры

-Море может дать два примера. В морской воде происходит массовое растворение солей. Если немного вскипятить воду, можно заметить, что она ненасыщенная из-за отсутствия осажденной соли. Однако по мере испарения воды растворенные ионы начинают слипаться, оставляя селитру прилипшей к горшку.

Аналогичная ситуация имеет место с молекулой углекислого газа CO₂. В отличие от O₂, сотрудничество₂ Он немного более растворим, поскольку реагирует с водой с образованием угольной кислоты H₂CO₃.

Отличие от насыщенного раствора

Подводя итог вышеизложенному, каковы различия между ненасыщенным и насыщенным растворами? Во-первых, визуальный аспект: ненасыщенный раствор состоит всего из одной фазы. Следовательно, не должно быть твердого вещества (твердая фаза) или пузырьков (газовая фаза).

Кроме того, концентрации растворенных веществ в ненасыщенном растворе могут изменяться до образования осадка или пузырьков. В насыщенных двухфазных растворах (жидкость-твердое вещество или жидкость-газ) концентрация растворенного вещества постоянна.

Зачем? Поскольку частицы (молекулы или ионы), составляющие осадок, устанавливают равновесие с частицами, растворенными в растворителе:

Частицы (из осадка растворенные частицы

Пузырьковые молекулы Растворенные молекулы

В ненасыщенных растворах этот сценарий не рассматривается. При попытке растворить больше растворенного вещества в насыщенном растворе равновесие смещается влево; к образованию большего количества осадка или пузырьков.

Поскольку это равновесие (насыщение) еще не установлено в ненасыщенных растворах, жидкость может «накапливать» больше твердого вещества или газа.

Растворенный кислород присутствует вокруг водорослей на морском дне, но когда пузырьки кислорода выходят из их листьев, это означает, что происходит газонасыщение; в противном случае пузырьков не наблюдалось бы.

Ссылки

Фактические науки: характеристика, объект исследования, примеры

Исторические тексты: характеристика, структура, типы, примеры

Источник