過飽和溶液

過飽和溶液是指一定溫度、壓力下，當溶液中溶質的濃度已超過該溫度、壓力下溶質的溶解度，而溶質仍未析出的溶液。該現象叫過飽和現象。過飽和溶液是不穩定的，如果攪拌溶液、使溶液受到震動、摩擦容器器壁、或者往溶液里投入固體“晶種”，溶液里的過量溶質就會馬上結晶析出。

基本介紹

• 中文名：過飽和溶液
• 外文名：supersaturated solution
• 特點：性質不穩定
• 條件：一定的溫度，壓力下
• 防止：加入晶種，促進晶體生成

簡介

在一定溫度下溶液里的某種溶質超過這種溶質的飽和限度的溶液，叫做這種溶質的過飽和溶液。

過飽和溶液是不穩定的，如果攪拌溶液、使溶液受到震動、摩擦容器器壁、或者往溶液里投入固體“晶種”，溶液里的過量溶質就會馬上結晶析出。結晶之後，剩下的母液就是跟溶質晶體處在平衡狀態的飽和溶液。

存在原因

上文提到，溶液的過飽和是一種不穩定的狀態，那么它為什麼會存在呢？

過飽和溶液存在的原因是：這種溶液中溶質不容易形成結晶中心(叫晶核)。要結晶，必須在溶液中形成結晶中心，才能使溶液中溶質質點在結晶中心周圍按次序排列集合成晶體析出。

製備方法

造成過飽和的方法可分為等溫法和多溫法。屬於等溫法的是與溶劑脫除、鹽析或化學相互作用有關的方法。

溶液轉到過飽和狀態的最簡單的方法是蒸發脫除溶劑。這時，溫度自然可以保持不變。製取溶解度係數較低的氯化鈉型物質的過飽和溶液，用這種方法是合適的。溶劑的蒸發可採用真空系統進行。這些方法已在某些類型的結晶器中採用。

由於鹽析作用而生成的過飽和溶液，與結晶物質的溶解度在某一種進入系統的其他化合物的作用下發生的變化有關。它也可能是一種可與該溶劑混合的液體。例如，加入水溶液中的乙醇往往引起溶解鹽的結晶，這是由於鹽在混合溶劑中的溶解度很低所致。作為鹽析劑也可以使用溶解時把一部分溶劑吸引到自己方面來的其他物質。例如，對於硫酸銨氧鈦來說硫酸銨的硫酸溶液就是這種鹽析劑。

不論利用何種化學反應採獲得過飽和度，都要使兩種或幾種比較容易溶解的化合物經過相互作用後生成一種不易溶解的化合物。原始物料的濃度是這樣選擇的：即液相中結晶化合物的含量應大於平衡含量，溶液對它來說成為過飽和溶液。用這樣的方法可以製備許多不易溶解的化合物(例如：硫酸鋇、硫酸鍶和硫酸鈣的過飽和溶液)。

如何防止

在工業生產和科學實驗中，經常要防止過飽和溶液形成，人們經常向溶液中加入晶種(細小的晶體)作為結晶中心，以利於晶體的形成。制蔗糖時就需要加入糖晶種，使蔗糖儘快結晶，以利生產正常進行。

任何溶液都有成為過飽和溶液的可能性，只不過允許過飽和的程度不同罷了。因此，測定固體物質的溶解度的時候，必須使溶液里有少許沒有溶完的溶質存在，這樣才能防止過飽和溶液形成。有少量沒有溶解的溶質存在，還能保證溶質不會是不飽和的，這就使固體的溶解度能夠準確地測出。

溶解度曲線

溶液有不飽和、飽和、過飽和三種情況。溶液的這三種情況，還可以從溶解度曲線上看出來。溶解度曲線是反映溶解度和溫度間關係的一種數學表示法。曲線上的任意一點從數量上看是表示在某一溫度下某種溶質的溶解度。同時也表示這時的溶液已經達到了平衡狀態，也就是說已經成為這個溫度下的飽和溶液。

從溶解度曲線看溶液的飽和程度

右圖是硝酸鉀的溶解度曲線。在這條曲線上的一點A，表示在60 的時候，100克水裡溶解了110克硝酸鉀，得到硝酸鉀在這個溫度下的飽和溶液。這時候溶液里如果還有沒有溶解的溶質存在，那么它和已經溶解的溶質之間就處在動態平衡狀態，所以A點表示：溶質處在固液兩相的平衡狀態，也叫做穩定狀態。

在曲線右下方面積上的任何一個點都和曲線上的點有不同的含義。如B點就表示在80的時候100克水裡溶解了90克硝酸鉀。不過這時候的溶液並不是飽和溶液，如果往溶液里再加一點硝酸鉀溶質，它還可以繼續溶解。也就是說，曲線右下方面積上的每一個點都表示溶液處在不飽和溶液狀態，這時候溶液里不會有沒有溶解的溶質存在，只有一個液相，是單相體系。因為這種溶液還可以繼續溶解相同的溶質，所以這種溶液是不穩定的，這種狀態叫做不穩定狀態。

在曲線左上方面積上的點表示溶液里所溶解的溶質的數量超過了在這個溫度下這種溶質的溶解度，說明這種溶液是過飽和溶液。過飽和溶液極容易析出晶體而變成飽和溶液，這樣就轉入了穩定狀態。

相關概念

溶解度

在一定的溫度和壓強下，在一定量的某一種溶劑里所能溶解的某一種溶質的最大限度量，也就是形成飽和溶液的時候一定量的溶劑里所含的溶質量，叫做這種溶質在這種溶劑里的溶解度。

溶解度通常用100克溶劑里的溶質量來表示。在這裡要注意：是100克溶劑而不是100克溶液。

溶解速度

溶解速度就是每個單位時間裡溶質進入溶液里的量。

有的物質溶解度大，溶解速度也快；有的物質溶解度小，溶解速度也慢。例如，容易溶解的蔗糖比難溶的石膏溶解速度快。即使都是容易溶解的，溶解度比較小的食鹽的溶解速度也比溶解度大的蔗糖慢。這都是由物質的本性不同而引起的。

除此之外，也還有一些因素影響物質的溶解速度。

固體溶質顆粒的大小對溶解速度也有比較大的影響。因為固體的溶解只能在固液兩相的界面處進行，而粉碎可以增加溶質和溶劑的接觸面，因此溶質粉碎程度越大，溶質的表面積就越大，溶解速度也就越大。

攪拌或者搖動也可以加快溶解速度。因為溶解了的溶質微粒在離開固體溶質後的擴散速度是相當慢的，這就使固液兩相界面處的溶質的濃度最大，並且很快就接近了飽和濃度。要想使新的溶質繼續溶解，就必須使飽和層的溶質擴散出去。但是，自動擴散是比較緩慢的過程，因此，在靜置狀態下溶解是緩慢的。如果加以攪拌，就可以加速擴散過程，促使不飽和的那部分溶液和溶質接觸，這就增大了溶解速度。

加熱可以使溶質和溶劑微粒的運動速度加快，並且能引起對流，因此也能起到攪拌或者搖動相同的效果。但是必須說明的是，加熱同時還可以使溶解度改變，而攪拌或者搖動卻並不影響溶解度。

在實際工作中，常用粉碎溶質、加熱、攪拌或者搖動這三種手段來加快固體的溶解速度，以達到提高工作效率的目的。

飽和溶液和不飽和溶液

在一定量的溶劑里溶質溶解已經達到了最大限度，不能再溶解了，這樣得到的溶液叫做飽和溶液。在溶質溶解量沒有達到最大限度之前所形成的溶液，都叫不飽和溶液。

飽和溶液里所含的溶質多少，和哪些因素有關呢？

一是溶劑的種類，二是溶質的種類。溶劑不同，或者溶質不同，飽和溶液里所含的溶質量也不同。三是溶劑的量。同一溶質溶解在同一溶劑里，溶劑越多，當然飽和溶液里含的溶質越多。所以我們常常說明在一定量的溶劑里。四是溫度。溫度不同，同一溶質在一定量的同一溶劑里，飽和溶液里含的溶質質量也不同。五是壓強。對於固體和液體溶質來說，壓強的影響不大。對於氣體溶質來說，壓強的影響卻很大。