تعریف و طرز تهیه محلول اشباع و فوق اشباع

محلول اشباع محلولی است که در آن ماده حل شونده به میزانی بیشتر از انحلال پذیری آن به حلال اضافه می شود. اگر مقدار بیشتری حل شونده به محلول اشباع اضافه شود، ماده به صورت جامد ته نشین می شود و به این محلول، فوق اشباع می گویند. 

1- تعریف محلول:
به مخلوط های همگن محلول می گویند که بر اساس حالت فیزیکی به سه دسته محلول های گازی، جامد و مایع تقسیم می شود. هوا مهم ترین محلول گازی است که رفتار آن ها با قانون فشارهای جزئی دالتون توصیف می شود.

آلیاژها نیز از مهم ترین محلول های جامد هستند که سکه ی نقره ای که محلولی از مس و نقره است، نمونه ای از این محلول هاست. محلول های دسته سوم، مایع هستند که بیشترین کاربرد را در علم شیمی دارند. به محلول یکنواختی که از حل کردن حل شونده در حلال به دست می آید محلول غیراشباع می گویند.

هر محلولی از دو جزء حلال و حل شونده تشکیل شده که حلال مقدار بیشتری در محلول نسبت به حل شونده دارد و این راه شناسایی آن ها از یکدیگر در یک محلول است.

2- تعریف محلول اشباع:
حال اگر ماده حل شونده به مقداری از حلال بیشتر از میزان انحلال پذیری آن اضافه شود، به حدی که دیگر نتواند در حلال حل شود، محلول اشباع یا سیر شده به دست می آید. به محلول غیراشباع ماده حل شونده اضافه می شود و محلول اشباع به دست می آید.

در محلول اشباع بین ماده حل شونده و حلال تعادل برقرار می شود. وقتی تعادل برقرار شد، سرعت حل شدن ماده حل شونده با سرعت خارج شدن ماده از محلول برابر است و غلظت ماده حل شونده ثابت می ماند.
اگر محلول گازی باشد مقدار اضافی حل شونده به صورت گاز خارج می شود. همچنین در هنگام تهیه محلول اشباع باید دما ثابت باشد. چون تغییرات دما در میزان انحلال پذیری یک ماده در حلال اثر می گذارد.

3- تعریف محلول فوق اشباع:
در نقطه اشباع با اضافه کردن ماده حل شونده بیشتر، غلظت تغییری نمی کند و مقدار اضافی ماده حل شونده به صورت جامد ته نشین می شود. به این محلول فوق اشباع یا فراسیرشده گفته می شود و یک محلول ناپایدار است. در محلول فوق اشباع مقدار ماده حل شونده بیشتر از مقدار آن در محلول اشباع است و این مقدار در محلول رسوب می کند.

چون حلالیت اکثر مواد جامد با زیاد کردن دما افزایش پیدا می کند، وقتی محلول اشباع در دمای بالا به دست آید، میزان ماده حل شونده در آن در دمای بالا بیشتر از دمای پایین خواهد بود. پس این محلول در دمای بالا یک محلول اشباع است اما وقتی سرد شد، یک محلول فوق اشباع خواهد بود. با افزودن یک بلور به یک محلول ناپایدار فوق اشباع تبلور انجام می شود. هر ماده ای وقتی حل می شود گرما مصرف می کند و وقتی متبلور شد، این گرما را از دست می دهد.

4- تهیه محلول اشباع و فوق اشباع:
به عنوان مثال در ظرفی آب داریم و به آن کم کم نمک اضافه می کنیم. نمک در آب همراه با هم زدن حل می شود. افزودن نمک به محلول تا جایی پیش می رود که دیگر حلال نمی تواند نمک ریخته شده را در خود حل کند و نمک به صورت جامد می ماند، اینجاست که محلول اشباع به دست آمده است.

اگر این آزمایش را در آب مقطر انجام دهیم می توانیم میزان انحلال پذیری آن را محاسبه کنیم (انحلال پذیری آن حدود 35 گرم نمک در 100 سی سی آب است). اگر نمک بیشتری اضافه کنیم مقدار اضافی در انتهای ظرف رسوب می کند و محلول فوق اشباع (ابرسیرشده) نمک در آب حاصل می شود.

روشی دیگر که می توان یک محلول اشباع تهیه کرد این است که یک محلول غیراشیاع را تبخیر کنیم. اگر به محلول فوق اشباع یک تکه بلور اضافه کنیم، مقدار اضافی ماده حل شده به آن تکه چسبیده و باعث تشکیل بلور بزرگ ترمی شود. با این روش نیز یک محلول اشباع به دست می آید.

5- تعریف انحلال پذیری وعوامل موثر بر آن:
بیشترین مقداری از یک حل شونده که در دما و فشار معین، در مقدار معینی از یک حلال مخصوص حل می شود، را انحلال پذیری آن ماده گویند. انحلال پذیری به صورت جرم حل شونده به حجم یا جرم حلال بیان می شود. میزان انحلال پذیری مواد به عوامل زیر بستگی دارد.

1- رابطه ماده حل شونده و حلال:
اولین عاملی که در انحلال مواد در هم نقش دارد رابطه ای است که مواد حل شونده و حلال باهم دارند. مواد قطبی در حلال های قطبی و مواد غیرقطبی در حلال های غیرقطبی بهتر حل می شوند. یک قانون کلی این است که مواد مشابه همدیگر را بهتر حل می کنند.

2- اثر یون مشترک:
وقتی در یک محلولی که در حالت تعادل شیمیایی است نمکی اضافه شود که یون آن در محلول وجود داشته باشد (یون مشترک)، حلالیت آن کم می شود.

3- اندازه ماده حل شونده:
هر چه ماده حل شونده کوچک تر باشد بهتر در حلال حل می شود. چون سطح تماس مواد حل شونده با مولکول های حلال بیشتر شده انحلال پذیری راحت تر انجام می شود.

4- دما:
اثر دما در انحلال مواد با توجه به این که واکنش گرماگیر یا گرمازاست، بر طبق اصل لوشاتلیه متفاوت خواهد بود. در واکنش گرماگیر (مواد واکنش دهنده جامد و حل شونده هستند)، چون در تعادلی که در محلول ایجاد شده گرما در سمت واکنش دهنده در واکنش شیمیایی است.

افزایش دما باعث می شود که تعادل به سمت راست واکنش پیشرفت کند و انحلال پذیری افزایش یابد و دوباره تعادل برقرار شود. اما در واکنش گرماده (مواد واکنش دهنده جامد و حل شونده باشند)، برعکس افزایش دما باعث پیشرفت واکنش به سمت چپ می شود و انحلال پذیری مواد حل شونده کاهش می یابد.

افزایش یا کاهش دما در انحلال پذیری مایعات بی تأثیر است. اما افزایش دما انحلال پذیری گازها را کاهش و کاهش دما انحلال پذیری آن ها را افزایش می دهد.

6- نمونه هایی از محلول غیراشباع:
همان طور که گفته شد در محلول غیراشباع، غلظت ماده حل شونده خیلی پایین تر از غلظت آن در حالت تعادل است. بیشتر محلول هایی که در طبیعت وجود دارند محلول های غیراشباع هستند. نمکی که به غذا اضافه می شود، قند و شکری که در چایی و قهوه حل می شود، نمونه هایی از محلول های غیراشباع جامدات درحلال هاست. همچنین هوا نمونه ای از محلول گازی است.

7- نمونه هایی از محلول اشباع:
بسیاری از غذاها و شیرینی ها دارای دستور پختی شامل تهبه محلول های اشباع هستند. تهیه این غذاها به دما بستگی دارد. وقتی مربا در دمای بالا تهیه می شود حلالیت شکر در آن افزایش می یابد. وقتی در تهیه مربا در دمای بالا به نقطه اشباع برسیم، هنگام سرد شدن لایه ای از شکر روی مربا تشکیل می شود. خاک محلولی اشباع از نیتروژن است که در نقطه اشباع گاز هیدروژن از آن خارج می شود.