§ 5. Насыщенный, ненасыщенный и пересыщенный растворы

Состояние бинарного раствора определяется тремя параметрами: температурой, давлением и концентрацией растворенного вещества. Давление сильно влияет на свойства газов, но, если оно не очень велико, почти не оказывает влияния на свойства жидкостей и твердых тел. Поэтому можно считать, что состояние бинарного раствора определяется двумя параметрами. При растворении твердого, или газообразного вещества в выбранном растворителе при р, Т − const концентрация раствора увеличивается не беспредельно.

Рано или поздно вещество перестает растворяться, достигается определенная его концентрация, которая при дальнейшем, даже самом длительном контакте растворяемого вещества и растворителя в условиях интенсивного перемешивания, уже более не меняется и остается величиной постоянной. Это признак наступления фазового равновесия

растворяемое вещество раствор

При смешении двух жидкостей могут происходить более сложные процессы, они будут рассмотрены далее в отдельном параграфе. Если, поддерживая постоянную температуру, в стакан с водой при перемешивании вносить порциями кристаллический хлорид натрия, то вначале мы будем наблюдать полное растворение каждой очередной порции соли. Однако после внесения некоторой очередной порции соли мы обнаружим, что дальнейшего растворения не происходит. Значит, наступило состояние насыщения − равновесие между раствором и растворяемым веществом (рис.1, а).

Рис. 1. Фазовое равновесие растворяемое вещество раствор для растворения в жидкости твердого вещества (а) и газообразного вещества (б)

Аналогичный опыт может быть проведен и в том случае, когда растворяемое вещество − газ (рис. 1, б). Фазовое равновесие между растворяемым веществом и раствором по своему характеру является равновесием динамическим: непрерывно какая-то часть вещества переходит в раствор, растворяется, и одновременно такая же часть этого вещества выделяется из раствора.

Раствор, находящийся в фазовом равновесии с растворяемым веществом, называется насыщенным. Насыщенный раствор представляет собой самостоятельную фазу и, разумеется, может быть отделен от осадка, оставаясь насыщенным. Такой раствор при постоянной температуре имеет неизменный химический состав, а его концентрация определяется растворимостью вещества.

Твердую фазу, напротив, практически невозможно отделить от пропитываюшего ее раствора, и для определения ее состава, если он изменился в результате, например, образования из безводной соли кристаллогидрата, существуют специальные приемы.

Растворимость вещества, с качественной точки зрения, − это его способность растворяться в данном растворителе при определенных условиях. Количественно растворимость выражают концентрацией насыщенного раствора данного вещества при заданных температуре и давлении.

Насыщенные растворы могут быть как концентрированными, так и разбавленными, в зависимости от значения растворимости веществ. Например, насыщенный раствор иодида натрия содержит 179,3 г соли в 100 г воды (20 °С), а насыщенный раствор иодида серебра − только 3,56 · 10⁻⁶ г AgI в 100 г воды (20 °С). В насыщенном концентрированном растворе массы растворенного вещества и растворителя сравнимы между собой, а в насыщенном разбавленном растворе масса растворенного вещества многократно меньше, чем присутствующего растворителя.

Многие вещества могут образовывать в определенных условиях пересыщенные растворы, в которых содержание растворенного вещества больше, чем в насыщенном растворе этого же вещества при тех же значениях температуры и давления. Такие растворы неустойчивы и при контакте с растворенным веществом или даже без видимого внешнего воздействия переходят в насыщенные растворы, выделяя избыток растворенного вещества.

Наконец, существует еще одно состояние растворов − ненасыщенные растворы. Ненасыщенным называют раствор, в котором при данных температуре и давлении возможно дальнейшее растворение уже содержащегося в нем вещества. В опыте с растворением соли в воде ненасыщенный раствор получался при внесении первых порций растворяемого вещества.