แก้ปัญหาอิ่มตัวซึ่งเป็นหนึ่งในตัวทำละลายละลายละลายมากขึ้นกว่าที่สามารถละลายที่อิ่มตัวสมดุล ทั้งหมดมีความสมดุลของความอิ่มตัวที่เหมือนกันโดยมีความแตกต่างที่ในสารละลายบางชนิดจะถึงที่ความเข้มข้นของตัวถูกละลายต่ำหรือสูงกว่า
ตัวถูกละลายอาจเป็นของแข็งเช่นน้ำตาลแป้งเกลือ ฯลฯ หรือจากก๊าซเช่น CO 2ในเครื่องดื่มอัดลม ด้วยการใช้เหตุผลเชิงโมเลกุลโมเลกุลของตัวทำละลายจะล้อมรอบตัวถูกละลายและพยายามเปิดช่องว่างระหว่างกันเพื่อกักเก็บตัวถูกละลายไว้มากขึ้น
ดังนั้นจึงมีช่วงเวลาที่ความสัมพันธ์ของตัวทำละลายและตัวทำละลายไม่สามารถเอาชนะการขาดพื้นที่ได้สร้างสมดุลความอิ่มตัวระหว่างคริสตัลและสภาพแวดล้อม (สารละลาย) ณ จุดนี้ไม่สำคัญว่าผลึกจะกราวด์หรือถูกเขย่ามากแค่ไหน - ตัวทำละลายไม่สามารถละลายตัวถูกละลายได้อีกต่อไป
"บังคับ" ให้ตัวทำละลายละลายตัวถูกละลายมากขึ้นได้อย่างไร? ผ่านการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ (หรือความดันในกรณีของก๊าซ) ด้วยวิธีนี้การสั่นสะเทือนของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นและคริสตัลเริ่มให้โมเลกุลของมันสลายตัวมากขึ้นจนกว่าจะละลายหมด นี่คือเมื่อบอกว่าสารละลายอิ่มตัว
ภาพบนแสดงสารละลายโซเดียมอะซิเตทที่อิ่มตัวซึ่งเป็นผลจากการฟื้นฟูสมดุลของความอิ่มตัว
แง่มุมทางทฤษฎี
ความอิ่มตัว
การแก้ปัญหาอาจประกอบด้วยองค์ประกอบที่รวมถึงสถานะของสสาร (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) อย่างไรก็ตามพวกเขามีเฟสเดียวเสมอ
เมื่อตัวทำละลายไม่สามารถละลายตัวถูกละลายได้อย่างสมบูรณ์จะมีการสังเกตเฟสอื่นตามมา ข้อเท็จจริงนี้สะท้อนให้เห็นถึงความสมดุลของความอิ่มตัว แต่ความสมดุลนี้เกี่ยวกับอะไร?
ไอออนหรือโมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์กันเพื่อสร้างผลึกซึ่งมีโอกาสเกิดขึ้นได้มากขึ้นเนื่องจากตัวทำละลายไม่สามารถแยกออกจากกันได้อีกต่อไป
บนพื้นผิวของแก้วส่วนประกอบของมันชนกันเพื่อยึดติดกับมันหรืออาจล้อมรอบตัวเองด้วยโมเลกุลของตัวทำละลาย บ้างหลุดบ้างติดบ้าง ข้างต้นสามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
ของแข็ง <=> ของแข็งละลาย
ในสารละลายเจือจาง "ดุลยภาพ" จะอยู่ทางขวามากเนื่องจากมีช่องว่างระหว่างโมเลกุลของตัวทำละลายมาก ในทางกลับกันในสารละลายเข้มข้นตัวทำละลายยังคงสามารถละลายตัวถูกละลายได้และของแข็งที่เติมเข้าไปหลังจากการกวนจะละลาย
เมื่อถึงจุดสมดุลอนุภาคของของแข็งที่เพิ่มเข้ามาทันทีที่ละลายในตัวทำละลายและอื่น ๆ ในสารละลายจะต้อง "ออกมา" เพื่อเปิดที่ว่างและปล่อยให้รวมตัวกันในเฟสของเหลว ดังนั้นตัวถูกละลายจะกลับไปกลับมาจากเฟสของแข็งไปยังเฟสของเหลวด้วยความเร็วเท่ากัน เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นการแก้ปัญหาจะถูกกล่าวว่าอิ่มตัว
ความอิ่มตัว
ในการบังคับให้สมดุลกับการละลายของของแข็งมากขึ้นเฟสของเหลวจะต้องเปิดช่องว่างของโมเลกุลและด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องกระตุ้นอย่างมีพลัง สิ่งนี้ทำให้ตัวทำละลายยอมรับตัวถูกละลายมากกว่าปกติภายใต้อุณหภูมิและสภาวะความดันโดยรอบ
เมื่อการมีส่วนร่วมของพลังงานในเฟสของเหลวสิ้นสุดลงสารละลายอิ่มตัวจะยังคงแพร่กระจายได้ ดังนั้นในกรณีที่มีการรบกวนใด ๆ ก็สามารถทำลายสมดุลของมันและทำให้เกิดการตกผลึกของตัวถูกละลายส่วนเกินจนกว่าจะถึงสมดุลอิ่มตัวอีกครั้ง
ตัวอย่างเช่นเมื่อได้รับตัวถูกละลายที่ละลายในน้ำได้มากจะมีการเติมจำนวนหนึ่งเข้าไปจนของแข็งไม่สามารถละลายได้ จากนั้นนำความร้อนไปใช้กับน้ำจนกว่าจะรับประกันการละลายของของแข็งที่เหลือ สารละลายอิ่มตัวจะถูกลบออกและปล่อยให้เย็น
หากการระบายความร้อนฉับพลันมากการตกผลึกจะเกิดขึ้นทันที ตัวอย่างเช่นการเติมน้ำแข็งเล็กน้อยลงในสารละลายอิ่มตัว
นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตผลเช่นเดียวกันหากคริสตัลของสารประกอบที่ละลายน้ำได้ถูกโยนลงไปในน้ำ สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นตัวรองรับนิวเคลียสสำหรับอนุภาคที่ละลาย คริสตัลจะเติบโตสะสมอนุภาคของตัวกลางจนกระทั่งเฟสของเหลวเสถียร นั่นคือจนกว่าสารละลายจะอิ่มตัว
ลักษณะเฉพาะ
ในสารละลายอิ่มตัวเกินขีด จำกัด ที่ปริมาณของตัวถูกละลายจะไม่ละลายโดยตัวทำละลายอีกต่อไป ดังนั้นสารละลายประเภทนี้จึงมีตัวถูกละลายมากเกินไปและมีลักษณะดังต่อไปนี้:
- สามารถดำรงอยู่ได้โดยมีส่วนประกอบในเฟสเดียวเช่นเดียวกับในสารละลายในน้ำหรือก๊าซหรือมีส่วนผสมของก๊าซในตัวกลางที่เป็นของเหลว
- เมื่อถึงระดับความอิ่มตัวตัวถูกละลายที่ไม่ละลายจะตกผลึกหรือตกตะกอน (ก่อตัวเป็นของแข็งไม่เป็นระเบียบไม่บริสุทธิ์และไม่มีรูปแบบโครงสร้าง) ได้ง่ายในสารละลาย
- เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ไม่เสถียร เมื่อตัวถูกละลายที่ไม่ละลายน้ำส่วนเกินตกตะกอนจะมีการปลดปล่อยความร้อนที่เป็นสัดส่วนกับปริมาณการตกตะกอน ความร้อนนี้เกิดจากการชนกันของโมเลกุลที่ตกผลึกในท้องถิ่นหรือในแหล่งกำเนิด เนื่องจากมันคงตัวจึงจำเป็นต้องปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อน (ในกรณีเหล่านี้)
- คุณสมบัติทางกายภาพบางประการเช่นความสามารถในการละลายความหนาแน่นความหนืดและดัชนีหักเหขึ้นอยู่กับอุณหภูมิปริมาตรและความดันที่สารละลายต้องอยู่ภายใต้ ด้วยเหตุนี้จึงมีคุณสมบัติแตกต่างจากสารละลายอิ่มตัวตามลำดับ
คุณต้องเตรียมตัวอย่างไร?
มีตัวแปรในการเตรียมสารละลายเช่นชนิดและความเข้มข้นของตัวถูกละลายปริมาตรของตัวทำละลายอุณหภูมิหรือความดัน โดยการปรับเปลี่ยนสิ่งเหล่านี้สามารถเตรียมสารละลายอิ่มตัวจากสารละลายอิ่มตัวได้
เมื่อสารละลายถึงสถานะอิ่มตัวและมีการปรับเปลี่ยนตัวแปรเหล่านี้จะได้สารละลายอิ่มตัว โดยทั่วไปตัวแปรที่ต้องการคืออุณหภูมิแม้ว่าจะเป็นความดันก็ได้เช่นกัน
ถ้าสารละลายอิ่มตัวมากเกินไปจะระเหยช้าอนุภาคของของแข็งจะมาบรรจบกันและสามารถสร้างสารละลายที่มีความหนืดหรือเป็นผลึกทั้งหมดได้
ตัวอย่างและการใช้งาน
- มีเกลือหลากหลายชนิดที่สามารถหาสารละลายอิ่มตัวได้ มีการใช้มาเป็นเวลานานทั้งในเชิงอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์และเป็นเรื่องของการวิจัยอย่างกว้างขวาง การใช้งาน ได้แก่ สารละลายโซเดียมซัลเฟตและสารละลายโพแทสเซียมไดโครเมตในน้ำ
- สารละลายไม่อิ่มตัวที่เกิดจากสารละลายน้ำตาลเช่นน้ำผึ้งเป็นตัวอย่างอื่น ๆ จากลูกอมหรือน้ำเชื่อมเหล่านี้ถูกเตรียมขึ้นซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมอาหาร ควรสังเกตว่าพวกเขายังใช้ในอุตสาหกรรมยาในการเตรียมยาบางชนิด
อ้างอิง
- คู่หูเคมีสำหรับครูวิทยาศาสตร์ระดับมัธยมต้น แนวทางแก้ไขและความเข้มข้น . สืบค้นเมื่อ 7 มิถุนายน 2561 จาก: ice.chem.wisc.edu
- K. Taimni. (พ.ศ. 2470). ความหนืดของสารละลาย Supersaturated ผม. วารสารเคมีกายภาพ 32 (4), 604-615 DOI: 10.1021 / j150286a011
- Szewczyk, W. Sokolowski และ K. (2528). คุณสมบัติทางกายภาพบางประการของสารละลายโพแทสเซียมไบโครเมตในน้ำอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว วารสารเคมีและวิศวกรรมข้อมูล 30 (3), 243-246. DOI: 10.1021 / je00041a001
- วิกิพีเดีย (2018) Supersaturation. สืบค้นเมื่อ 8 มิถุนายน 2561 จาก: en.wikipedia.org/wiki/Supersaturation
- โรเบิร์ตส์แอนนา (24 เมษายน 2560). วิธีการแก้ปัญหา Supersaturated Sciencing. สืบค้นเมื่อวันที่ 8 มิถุนายน 2018 จาก: sciencing.com
- TutorVista. (2018) สารละลายอิ่มตัว สืบค้นเมื่อวันที่ 8 มิถุนายน 2018 จาก: chemistry.tutorvista.com
- Neda Glisovic (25 พฤษภาคม 2558). Kristalizacija . สืบค้นเมื่อวันที่ 8 มิถุนายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org