Насыщенный раствор
Насыщенный раствор содержит максимально возможную при данных условиях массу растворённого вещества. На его состояние влияют прежде всего природа вещества и растворителя, температура, а для газов — также давление. Эта тема опирается на понятия растворимости, [[koncentraciya-rastvora:концентрации раствора]] и [[massovaya-dolya:массовой доли]].
Что такое насыщенный раствор
Если в воду постепенно добавлять кристаллы соли и перемешивать, сначала они растворяются полностью. При дальнейшем добавлении наступает момент, когда раствор уже не может принять новую порцию вещества: часть кристаллов остаётся на дне. Раствор над осадком является насыщенным.
Насыщенный раствор — это раствор, содержащий при данной температуре и давлении максимально возможное количество растворённого вещества. В насыщенном растворе устанавливается динамическое равновесие: вещество продолжает переходить в раствор и одновременно выделяться из него в виде кристаллов, но состав раствора в среднем не меняется.
Раствор без осадка тоже может быть насыщенным: достаточно, чтобы в нём уже находилось предельное количество вещества. Поэтому отсутствие осадка само по себе не доказывает, что раствор ненасыщенный.
- Ненасыщенный раствор способен растворить ещё некоторое количество вещества при тех же условиях.
- Насыщенный раствор не растворяет добавленное вещество: новая порция остаётся осадком.
- Пересыщенный раствор содержит вещества больше предельного количества и является неустойчивым; при встряхивании или добавлении кристаллика избыток обычно выпадает в осадок.
При неизменной температуре насыщенный раствор имеет постоянный предельный состав. Если добавить избыток твёрдого вещества, масса растворённого вещества не увеличится: увеличится только масса осадка.
Растворимость и предельное содержание
Для количественного описания насыщения используют растворимость. В школьных задачах растворимость обычно обозначают \(S\) и понимают как максимальную массу вещества, которая растворяется в \(100\) г растворителя при определённой температуре. Например, \(S=36\ \text{г}/100\ \text{г воды}\) означает: в \(100\) г воды может раствориться не более \(36\) г данного вещества.
Растворимость — это масса вещества, растворяющаяся в \(100\) г растворителя при заданной температуре и обычно выражаемая в \(\text{г}/100\ \text{г растворителя}\). Для насыщенного раствора она задаёт предельное соотношение масс растворённого вещества и растворителя.
Из определения можно получить две полезные формулы. Если известна масса растворителя, максимальная масса растворяющегося вещества равна:
Если требуется найти массу растворителя, необходимую для растворения заданной массы вещества в насыщенном растворе, используют:
Масса насыщенного раствора складывается из массы растворителя и массы растворённого вещества. Это не [[slozhenie-obemov:сложение объёмов]]: массы складываются всегда, а объёмы могут не складываться точно из-за изменения объёма при смешивании.
Растворимость вещества равна \(20\ \text{г}/100\ \text{г воды}\). Сколько граммов вещества максимально растворится в \(300\) г воды?
Как решать задачи на насыщенный раствор
В задачах важно сначала определить, что именно дано: масса растворителя, масса раствора, масса вещества или растворимость. Затем нужно проверить единицы измерения и понять, требуется ли найти предельную массу вещества или сравнить фактическое содержание с максимально возможным.
- Запишите величину растворимости \(S\) и подпишите, что она относится к \(100\) г растворителя.
- Найдите массу растворителя. Если дана масса раствора, отделите из неё массу растворённого вещества или используйте массовую долю.
- Примените формулу \(m_{\text{вещества,max}}=S\cdot m_{\text{растворителя}}/100\).
- Сравните фактическую массу вещества с максимальной: меньше — раствор ненасыщенный, равна — насыщенный, больше — избыток выпадает в осадок.
- Если найденная масса превышает фактически добавленную, вычислите остаток: \(m_{\text{осадка}}=m_{\text{добавлено}}-m_{\text{растворено}}\).
Можно рассуждать так: \(100\) г растворителя соответствуют \(S\) г вещества, а \(m\) г растворителя — \(x\) г вещества. Тогда \(x=Sm/100\). Такой способ помогает не перепутать массу растворителя с массой раствора.
Разобранный пример
При температуре \(20\ ^\circ\text{C}\) растворимость соли равна \(36\) г на \(100\) г воды. В \(250\) г воды добавили \(100\) г соли. Определите, сколько соли растворится, сколько останется в осадке и какова масса насыщенного раствора.
Ответ: растворится \(90\) г соли, \(10\) г останется в осадке, масса насыщенного раствора составит \(340\) г. Раствор насыщенный, потому что в нём находится предельное количество соли при данной температуре.
Температура и признаки насыщения
Для многих твёрдых веществ растворимость увеличивается при нагревании: в горячей воде растворяется больше вещества. При охлаждении такого раствора часть вещества может выделиться в кристаллы. Однако зависимость для разных веществ различна, поэтому её определяют по таблице или графику [[zavisimost-rastvorimosti-ot-temperatury:зависимости растворимости от температуры]].
Для газов обычно наблюдается обратная картина: при нагревании их растворимость уменьшается, а при повышении давления увеличивается. Поэтому газированная вода быстрее теряет газ в тёплом и открытом сосуде.
1. Подставляют в формулу массу раствора вместо массы растворителя. 2. Забывают множитель \(100\) в формуле растворимости. 3. Считают, что весь добавленный порошок растворился. 4. Включают осадок в массу насыщенного раствора. 5. Используют значение растворимости при другой температуре. 6. Путают насыщенный раствор с раствором, в котором обязательно виден осадок.
Связь с массовой долей
Если растворимость равна \(S\), то в насыщенном растворе на каждые \(100\) г растворителя приходится \(S\) г вещества. Поэтому масса такого раствора равна \(100+S\) г, а [[massovaya-dolya:массовая доля]] вещества вычисляется так:
Например, при \(S=25\) г на \(100\) г воды максимальная массовая доля вещества равна \(25/(100+25)\cdot100\%=20\%\). Это не \(25\%\), потому что раствор состоит не из \(100\) г, а из \(125\) г.
Проверь себя
Главное
- Насыщенный раствор содержит максимально возможное количество вещества при данных условиях; избыток остаётся осадком.
- Растворимость \(S\) — максимальная масса вещества, растворяющаяся в \(100\) г растворителя.
- Для расчётов используют \(m_{\text{вещества,max}}=S\cdot m_{\text{растворителя}}/100\).
- Масса раствора равна сумме масс растворителя и растворившегося вещества; осадок в неё не входит.
- Температуру необходимо учитывать: растворимость твёрдых веществ и газов изменяется по-разному.
- В насыщенном растворе массовая доля равна \(\omega_{\text{max}}=S/(100+S)\cdot100\%\).