محلول اشباع در شیمی چیست؟

ممکن است امروز شاهد یک محلول اشباع شده باشید. این یک فرآیند شیمیایی است که همیشه و اغلب در عادی ترین شرایط اتفاق می افتد.

محلول اشباع زمانی اتفاق می افتد که حداکثر مقدار املاح در یک حلال حل شود. به عنوان مثال، وقتی پودر کاکائو (ماده حل شونده) را در شیر (حلال) می ریزید، در نهایت پودر حل نمی شود و به ته لیوان می نشیند.

در یک نقطه معین محلول اشباع می شود و شما با شیر شکلات بد می مانید.

اما محلول اشباع شده در دنیای شیمی چیست؟ این مقاله یک فرآیند به ظاهر عادی را از زاویه ای علمی تر بررسی می کند.

یافته های کلیدی

• محلول های اشباع شده در داخل و خارج از آزمایشگاه شیمی یافت می شوند و درک آنها می تواند به کارهای روزمره مانند پخت و پز و تمیز کردن کمک کند.

• محلول های اشباع، غیراشباع و فوق اشباع مفاهیم اساسی برای شیمی پایه هستند.

• دما یک نیروی محرکه در پس اشباع است و چیزی که شیمیدان ها باید هنگام کار با محلول ها اندازه گیری کنند

• شما می توانید نمونه هایی از محلول های اشباع شده را در اشیاء روزمره مانند نوشابه و عسل همراه با فرآیندهای طبیعی مانند تشکیل تخت نمک مشاهده کنید.

مقدمه ای بر محلول های اشباع

مثال شیر شکلات بالا تصویر واضحی از یک محلول اشباع را نشان می دهد. مخلوطی است که حاوی حداکثر مطلق املاح است.

مایع موجود در یک محلول اشباع به اندازه ای که بتواند در دمای فعلی نگه دارد، املاح را جذب می کند. هر املاح اضافی جایی برای رفتن ندارد، بنابراین بدون تغییر باقی می ماند. این نقطه اوج زمانی است که محلول رسماً اشباع می شود.

اما این پایان ماجرا نیست. تغییر دما می تواند مقدار ماده حل شده ای را که حلال می تواند جذب کند تغییر دهد. بعداً به این مفهوم خواهیم پرداخت.

“اشباع” در شیمی به چه معناست؟

برای درک بهتر این که محلول اشباع شده در واقع چیست، باید نگاه دقیق تری به دو جزء اصلی یعنی املاح و حلال بیندازیم. وقتی آنها با هم ترکیب می شوند، اتفاقات جالبی در سطح مولکولی رخ می دهد.

هنگامی که یک املاح را به یک حلال اضافه می کنید، انحلال شروع می شود. مولکول های حلال ذرات املاح را احاطه کرده و شروع به تجزیه آنها می کنند. با این حال، حلال حاوی مقدار محدودی فضا و انرژی برای انجام این کار است. پس از رسیدن به ظرفیت خود، انحلال به طور کامل متوقف می شود.

مرحله ای که در آن حلال نمی تواند املاح دیگری را حل کند، تعادل دینامیکی نامیده می شود. این بدان معناست که سرعت انحلال برابر با سرعتی است که املاح از مایع متبلور می شود.

وقتی به تعادل دینامیکی رسید، محلول با چشم غیرمسلح کاملاً ثابت به نظر می رسد. با این حال، در پشت صحنه، مولکول ها مکان خود را در سطح میکروسکوپی تغییر می دهند.

تفاوت بین محلول های اشباع، غیر اشباع و فوق اشباع

علاوه بر اشباع، محلول ها می توانند غیر اشباع و فوق اشباع نیز باشند. در واقع راه حل ها معمولا در یکی از این سه دسته قرار می گیرند.

درک تفاوت بین سه نوع محلول مهم است، به خصوص اگر در محیط آزمایشگاهی کار می کنید یا شیمی مطالعه می کنید.

در اینجا یک تفکیک علمی تر از هر نوع راه حل آورده شده است:

محلول اشباع شده

یک محلول اشباع در حد حلالیت برای یک دمای معین به دست می آید. این بدان معناست که اگر مقدار بیشتری املاح اضافه کنید، حل نمی شود. درعوض، یا در پایین می‌نشیند (مانند نمونه شیر شکلاتی ما) یا در بالای مایع شناور می‌شود.

وقتی املاح به پایین می‌چسبد یا به سمت بالا شناور می‌شود، به این معنی است که حلال تمام املاحی را که می‌تواند در دمای معین نگه دارد، جذب کرده است. این اغلب توسط شیمیدانان به عنوان حد حلالیت نامیده می شود.

محلول های اشباع در طیف وسیعی از صنایع تولیدی، از داروسازی تا تصفیه آب، وجود دارند. دانشمندان باید دقیقا بدانند که چه زمانی محلول به نقطه اشباع خود می رسد، زیرا این امر می تواند بر خلوص محصول تأثیر بگذارد.

محلول غیر اشباع

محلول غیر اشباع به نقطه ای نرسیده است که املاح به سطح حلال بچسبد یا روی آن شناور شود. این بدان معناست که محلول هنوز قابلیت حل شدن را دارد.

وقتی محلول غیر اشباع است، همچنان املاح را جذب می کند. فقط در صورتی اشباع می شود که به اضافه کردن املاح ادامه دهید.

محلول فوق اشباع

زمانی که محلولی حاوی املاح بیشتری نسبت به حالت عادی در دمای معین باشد، گفته می‌شود که محلول فوق اشباع است. این محلول ناپایدار با گرم کردن حلال، افزودن املاح و سرد کردن ملایم ایجاد می شود. اگر به درستی ساخته شود، محلول بدون تشکیل کریستال خنک می شود.

محلول های غیر اشباع برای خالص سازی مواد با تبلور کنترل شده استفاده می شود. هنگامی که یک محلول مجبور به حل شدن در حالت گرم و سپس سرد می شود، ناپایدار می شود. سپس یک کریستال دانه در محلول ریخته می شود و یک شبکه کریستالی ایجاد می کند که ناخالصی ها را به دام می اندازد.

چگونه دما بر محلول های اشباع شده تأثیر می گذارد

حلالیت و دما ارتباط نزدیکی دارند. این رابطه مستقیماً بر نقطه ای که محلول اشباع می شود (یا نمی شود) تأثیر می گذارد.

معمولاً حرارت دادن یک حلال به آن اجازه می دهد تا قبل از رسیدن به نقطه اشباع، املاح بیشتری در خود حل کند. وقتی محلول سرد می شود برعکس این اتفاق می افتد. این واکنش برای اکثر جامدات محلول در مایعات صادق است.

هنگام کار با محلول های اشباع، همیشه باید دما را در نظر بگیرید. یک محلول می تواند با افزایش دما از حالت اشباع به غیر اشباع تغییر کند. به همین دلیل است که شیمیدانان همیشه هنگام توصیف اشباع دما را ذکر می کنند.

چرا دما نقطه اشباع را تغییر می دهد؟

بنابراین می دانیم که دما چگونه بر نقطه اشباع یک محلول تأثیر می گذارد. حالا بیایید بررسی کنیم که چرا.

دمای بالاتر به ذرات املاح انرژی بیشتری می دهد. این انرژی کمک می کند تا ذرات شکسته شوند و از طریق حلال پخش شوند و حد حلالیت را بالا ببرند. یک محلول قبل از اشباع شدن می تواند دارای املاح بیشتری باشد.

دمای خنک کننده مقدار انرژی موجود در ذرات حلال را کاهش می دهد. حلال قادر به نگه داشتن مقدار زیادی املاح نیست که نقطه اشباع را کاهش می دهد.

این توضیح می دهد که چرا املاح اضافی می تواند از محلول خنک کننده متبلور شود. حلال نمی تواند دارای همان مقدار املاحی باشد که در حالت گرم توانسته حل شود. ما این فرآیند شیمیایی را در طول تولید آب نبات سنگی یا زمانی که کریستال های نمک در یک شیشه خنک کننده تشکیل می شوند، مشاهده می کنیم.

نمونه های واقعی از محلول های اشباع شده

ما توسط محلول های اشباع شده احاطه شده ایم. آنها در طبیعت و در محصولات ساخت بشر وجود دارند.

• نوشابه های گازدار – نوشابه و سایر نوشیدنی های گازدار تحت فشار با دی اکسید کربن اشباع می شوند. آنها به دلیل افت فشار سریع، در ثانیه ای که باز می شوند شروع به ایجاد صدا می کنند.
• عسل – آیا تا به حال متوجه شکل گیری کریستال ها در داخل یک شیشه عسل شده اید؟ این به دلیل اشباع بیش از حد عسل با شکر است. با گذشت زمان، گلوکز از مقدار کمی آب موجود در عسل جدا شده و متبلور می شود.
• آب شور دریا – تحت برخی شرایط، آب اقیانوس ها حاوی نمک محلول در نزدیکی حد طبیعی خود هستند. به همین دلیل است که نمک پس از تبخیر آب دریا تشکیل می شود.
• چای یا قهوه – اگر مدام شکر را در چای یا قهوه خود هم بزنید، در نهایت حل نمی شود. شما به تازگی یک محلول اشباع ایجاد کرده اید.

اینها نمونه های عالی از محلول های اشباع در خارج از آزمایشگاه هستند. آنها ممکن است شامل فنجان یا قطره چکان نباشند، اما شیمی اولیه در کار دقیقاً یکسان است.

نحوه تست اشباع بودن محلول

برای تعیین اشباع بودن یا نبودن محلول، به تجهیزات آزمایشگاهی با فناوری پیشرفته نیاز ندارید. در اینجا برخی از نشانه های گویا وجود دارد:

• کف ظرف حاوی محلول را بررسی کنید. اگر بقایای قابل مشاهده دیدید، احتمالاً اشباع شده است.
• به آرامی محلول بیشتری را به محلول اضافه کنید. هنگامی که شروع به چسبیدن به هم کرد یا روی سطح قابل مشاهده بود، به نقطه اشباع رسیده اید.
• در حین سرد شدن محلول را با دقت تماشا کنید. اگر کریستال تشکیل شود، احتمالاً قبل از شروع فرآیند خنک‌سازی اشباع شده است.

آن‌ها آزمایش‌های آسانی را انجام می‌دهند، به‌ویژه اگر می‌خواهید به بچه‌هایتان در مورد محلول‌های اشباع شده بیاموزید.

نتیجه گیری

از چای صبحگاهی شما تا یک قوطی نوشابه، محلول های اشباع شده در اطراف ما هستند. این یک مفهوم نسبتاً ساده است، اما نقشی حیاتی در فرآیندهای تولید شیمیایی دارد. آنها همچنین برای بسیاری از عملکردهای روزمره مانند پخت و پز و تمیز کردن یکپارچه هستند. شما هرگز نمی دانید که چگونه درک عمیق تر از راه حل های اشباع مفید خواهد بود.