Насыщенные и пересыщенные растворы

При растворении твердого вещества в воде сначала образуется ненасыщенный раствор, в котором возможно растворение следующих порций до тех пор, пока вещество не перестанет переходить в раствор и часть его не останется в виде осадка на дне стакана.

При этом образуется насыщенный раствор: между веществом в насыщенном растворе и тем же веществом в осадке устанавливается состояние гетерогенного равновесия.

KBr(т) KBr(насыщенный раствор)

Частицы растворённого вещества переходят из осадка в раствор и обратно; при этом состав насыщенного раствора остается постоянным при T=const.

Иногда приготовление раствора в особых условиях (осторожное охлаждение горячего ненасыщенного раствора) ведет не к насыщенному раствору (с осадком), а к пересыщенному раствору. Такой раствор обычно неустойчив - при введении "затравки" (кристаллика вещества) избыточное количество растворяемого вещества выпадает в осадок, и раствор становится насыщенным.

Растворимость веществ

Содержание вещества в насыщенном растворе при T=constколичественно характеризует растворимость этого вещества.
Обычно растворимость выражается массой растворенного вещества, приходящейся на 100 г воды. Эта величина - коэффициент растворимости (например, 65,2 г KBr / 100 г H2O при 20 °С). Следовательно, если 70 г твердого бромида калия внести в 100 г воды при 20 °С, то 65,2 г соли перейдет в раствор (который будет насыщенным), а 4,8 г твердого бромида калия (избыток) останется на дне стакана.

Содержание растворённого вещества в насыщенном растворе равно, в ненасыщенном растворе меньше и пересыщенном больше его растворимости при данной температуре. Так, раствор, приготовленный при 20 °С из 100 г воды и сульфата натрия Na2SO4 (растворимость 19,2 г / 100 г H2O), при содержании 12,3 г соли - ненасыщенный, 19,2 г соли - насыщенный, 20,1 г соли - пересыщенный.

Растворимость твердых веществ обычно увеличивается с ростом температуры (KBr, NaCl) и лишь для некоторых веществ (CaSO4, Li2CO3) наблюдается обратное:

Растворимость, г / 100 г H2O
Температура, °С 0 20 50 80 100
KBr 53,5 65,2 80,8 94,6 103,3
NaCl 35,7 35,9 36,8 38,1 39,4
CaSO4 0,176 0,206 0,180 0,102 0,066
Li2CO3 1,54 1,33 1,08 0,85 0,72

Растворимость газов при повышении температуры падает, а при повышении давления растет, например, при давлении 1 атм растворимость аммиака составляет 52,6 (20 °С) и 15,4 г / 100 г H2O (80 °С), а при 20 °С и 9 атм она равна 93,5 г / 100 г H2O.

Растворимые и нерастворимые вещества

В соответствии со значениями растворимости различают вещества
а) хорошо растворимые, масса которых в насыщенном растворе соизмерима с массой воды (например KBr, при 20 °С растворимость 65,2 г / 100 г H2O; это 4,6М раствор);
б) малорастворимые, масса которых в насыщенном растворе значительно меньше массы воды (например CaSO4, при 20 °С растворимость 0,206 г / 100 г H2O; это 0,015М раствор);
в) практически нерастворимые, масса которых в насыщенном растворе пренебрежимо мала по сравнению с массой растворителя(например AgCl, при 20 °С растворимость 0,00019 г / 100 г H2O; это 0,0000134М раствор).

Качественная характеристика растворимости различных веществ при комнатной температуре приведена в таблице растворимости, количественная характеристика - в справочных таблицах по значениям растворимости:

Разбавленные и концентрированные растворы

Растворы, которые содержат малое количество растворенного вещества, часто называют разбавленными растворами, а растворы с высоким содержанием растворенного вещества - концентрированными.
Так, 1%-ный и 0,1М растворы бромида калия KBr - это разбавленные растворы, а 32%-ный и 4,3М растворы KBr - это концентрированные растворы.

Очевидно, что концентрированные растворы могут образовать только хорошо растворимые вещества, а разбавленные растворы - вещества с любой растворимостью.

В лабораторной практике часто приходится готовить разбавленный раствор вещества B с массовой долей wB′ и массой mB′ из концентрированного раствора того же вещества (с характеристиками wB″ и массой mB″).

Масса растворенного вещества при разбавлении не изменяется:
mB=wB′ ·m(р)′ =wB″ ·m(р)

Масса добавленной воды равна
m(добавленной H2O)= m(р)′ -m(р)″