Đang tải bài học…

AP Chemistry

trạng thái bão hòa

saturated

Trạng thái bão hòa là trạng thái một hợp chất hữu cơ chỉ chứa liên kết đơn giữa các nguyên tử carbon, không có liên kết đôi hay liên kết ba.

Trong hóa học hữu cơ, trạng thái bão hòa (saturated) mô tả một hợp chất mà tất cả các liên kết giữa nguyên tử carbon đều là liên kết đơn. Điều này có nghĩa là phân tử không chứa bất kỳ liên kết đôi hay liên kết ba nào trong khung carbon. Các hợp chất này đạt đến giới hạn về số lượng nguyên tử hydro có thể liên kết với mạch carbon.

Vì mỗi nguyên tử carbon có bốn obitan (orbital) hóa trị và chỉ sử dụng chúng để tạo bốn liên kết đơn với các nguyên tử khác, nên mạch carbon đã "no" về mặt liên kết. Do đó, hợp chất bão hòa chứa số lượng nguyên tử hydro tối đa có thể — chúng đã bão hòa hydro. Ankan (alkane) là ví dụ điển hình nhất, với công thức tổng quát $C_nH_{2n+2}$ .

Ngược lại, hợp chất không bão hòa chứa ít nhất một liên kết đôi hoặc liên kết ba, nghĩa là chúng có ít nguyên tử hydro hơn so với hợp chất bão hòa có cùng số nguyên tử carbon. Nhờ sự hiện diện của liên kết bội, hợp chất không bão hòa tham gia được nhiều phản ứng cộng mà hợp chất bão hòa không thực hiện được. Tuy nhiên, điều này cũng khiến hợp chất không bão hòa kém bền nhiệt động hơn so với dạng bão hòa tương ứng.

Ký hiệu

C_nH_{2n+2}

Trực giác: Một miếng bọt biển đã thấm đẫm nước không thể hút thêm giọt nào nữa; tương tự, mạch carbon bão hòa đã gắn tối đa số nguyên tử hydro và không thể nhận thêm.

Hay hiểu sai

Thêm nước vào dung dịch bão hòa còn dư chất rắn không làm loãng nồng độ ion.

Bão hòa không có nghĩa là dung dịch đậm đặc.

Trong biểu thức $K_{sp}$ tuyệt đối không viết chất rắn.

Từ "saturated" trong hóa hữu cơ mang nghĩa hoàn toàn khác.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Bạc bromua AgBr là muối bạc màu kem, có

K_{sp} = 5{,}0 \times 10^{-13}

ở 298 K. Một học sinh khuấy một lượng dư AgBr rắn vào nước cất, để hệ đạt cân bằng ở 298 K, sau đó lấy 50,0 mL phần dung dịch trong phía trên; trong bình vẫn còn AgBr rắn chưa tan.

aViết biểu thức tích số tan $K_{sp}$ của AgBr.
bTính $[\text{Ag}^+]$ trong 50,0 mL dung dịch bão hòa AgBr ở 298 K.
cThêm 50,0 mL nước cất vào bình (vẫn còn AgBr rắn) rồi khuấy đến khi hệ trở lại cân bằng. Cho biết $[\text{Ag}^+]$ lúc này lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng giá trị tính ở ý (b), và giải thích.

1Bước 1:

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyCấu trúc phân tử & ion · bài “Công thức Lewis” — khoá AP Chemistry

Cần trướcđộ tan chất tan

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

dung dịch quá bão hòa (supersaturated solution)supersaturated solution

Khác nhau ở đâuDung dịch bão hòa chứa đúng lượng chất tan tối đa ở trạng thái cân bằng bền. Dung dịch quá bão hòa chứa vượt mức bão hòa, là trạng thái giả bền dễ phá vỡ khi khuấy hoặc thêm mầm tinh thể.

Hay nhầm khiKhi đề mô tả thêm chất rắn vào mà chất rắn không tan thêm, thí sinh dễ nhầm là quá bão hòa — thực ra đó là dấu hiệu của dung dịch bão hòa.

chất không no (unsaturated)unsaturated

Khác nhau ở đâuTrạng thái bão hòa mô tả dung dịch đã hòa tan tối đa chất tan ở nhiệt độ xác định. Chất không no mô tả hợp chất hữu cơ chỉ chứa liên kết đơn, không có liên kết đôi hay ba.

Hay nhầm khiĐề AP dùng 'saturated' cho dung dịch và 'unsaturated' cho hydrocarbon; cùng gốc từ nhưng hai ngữ cảnh hoàn toàn khác nhau.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 17, 22, 29.

Khi đề hỏi "nồng độ thay đổi thế nào", hãy nhìn xem còn chất rắn dư hay không.

Trình bày phải viết ra phương trình hòa tan trước khi thay số.

Gặp ion chung, hãy nói rõ độ tan giảm nhưng $K_{sp}$ không đổi.

Tần suất trong đề AP ChemistryÍt gặp

Trạng thái bão hòa nghĩa là chất rắn và các ion trong dung dịch đang ở cân bằng động, nên phải viết cân bằng hòa tan trước:

\mathrm{AgBr}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ag}^+(aq) + \mathrm{Br}^-(aq)

. Chất rắn tinh khiết không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng, do đó

K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Br}^-]

. Biểu thức này chỉ đúng khi dung dịch đã bão hòa; đó cũng là lý do đề luôn nhấn mạnh cụm "saturated solution".

2Bước 2: Gọi

s

là độ tan mol (molar solubility) của AgBr, tức số mol muối tan được trong 1 L dung dịch bão hòa. Vì mỗi công thức AgBr tan ra cho đúng một ion

\mathrm{Ag}^+

và một ion

\mathrm{Br}^-

nên

[\text{Ag}^+] = [\text{Br}^-] = s

, và

K_{sp} = s \cdot s = s^2

3Bước 3: Thay số:

s = \sqrt{5{,}0 \times 10^{-13}} = 7{,}1 \times 10^{-7}

, vậy

[\text{Ag}^+] = 7{,}1 \times 10^{-7}\ \mathrm{M}

. Lưu ý thể tích 50,0 mL là dữ kiện gây nhiễu, bởi nồng độ của một dung dịch bão hòa chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ chứ không phụ thuộc lượng dung dịch lấy ra.

4Bước 4: Ngay sau khi thêm 50,0 mL nước, thể tích tăng gấp đôi nên nồng độ mỗi ion giảm còn

3{,}5 \times 10^{-7}\ \mathrm{M}

. Khi đó thương số phản ứng (reaction quotient) là

Q = (3{,}5 \times 10^{-7})^2 = 1{,}3 \times 10^{-13} < K_{sp}

, tức dung dịch tạm thời chưa bão hòa (unsaturated) nên AgBr rắn tiếp tục tan.

5Bước 5: Quá trình hòa tan chỉ dừng khi

Q

tăng trở lại đúng bằng

K_{sp}

, nghĩa là khi

[\text{Ag}^+]

quay về

7{,}1 \times 10^{-7}\ \mathrm{M}

. Vì trong bình còn dư AgBr rắn nên hệ luôn có "kho dự trữ" để bù lại; nếu không còn rắn dư thì nồng độ sẽ thực sự giảm một nửa.

$K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Br}^-]$ ; trong dung dịch bão hòa AgBr ở 298 K, $[\text{Ag}^+] = 7{,}1 \times 10^{-7}\ \mathrm{M}$ bất kể lấy 50,0 mL hay bao nhiêu. Sau khi pha loãng gấp đôi mà vẫn còn AgBr rắn, một phần rắn tan thêm cho đến khi hệ bão hòa trở lại, nên $[\text{Ag}^+]$ bằng đúng giá trị ở ý (b); chỉ khối lượng chất rắn còn lại là giảm đi.

2Ví dụ 2/2

Canxi florua

\mathrm{CaF_2}

có

K_{sp} = 3{,}9 \times 10^{-11}

ở 298 K. Một học sinh trộn 50,0 mL dung dịch

\mathrm{Ca(NO_3)_2}

0,0020 M với 50,0 mL dung dịch NaF 0,0020 M ở 298 K; giả thiết thể tích cộng được.

aTính $Q$ ngay sau khi trộn và cho biết dung dịch thu được là chưa bão hòa, bão hòa hay có kết tủa xuất hiện.
bVới dung dịch chứa $[\text{Ca}^{2+}] = 0{,}0010\ \mathrm{M}$ , tính nồng độ $\mathrm{F}^-$ tối thiểu để dung dịch vừa đạt trạng thái bão hòa với $\mathrm{CaF_2}$ .

1Bước 1: Khi trộn hai thể tích bằng nhau, mỗi chất tan bị pha loãng gấp đôi:

[\text{Ca}^{2+}] = 0{,}0020 \times \dfrac{50{,}0}{100{,}0} = 1{,}0 \times 10^{-3}\ \mathrm{M}

và tương tự

[\text{F}^-] = 1{,}0 \times 10^{-3}\ \mathrm{M}

. Đây là các nồng độ tức thời, trước khi có bất kỳ phản ứng kết tủa nào.

2Bước 2: Cân bằng cần xét là

\mathrm{CaF_2}(s) \rightleftharpoons \mathrm{Ca}^{2+}(aq) + 2\,\mathrm{F}^-(aq)

, nên

Q = [\text{Ca}^{2+}][\text{F}^-]^2

. Thay số:

Q = (1{,}0 \times 10^{-3})(1{,}0 \times 10^{-3})^2 = 1{,}0 \times 10^{-9}

. Hệ số 2 của

\mathrm{F}^-

trở thành số mũ 2, một chỗ rất dễ mất điểm.

3Bước 3: So sánh

Q = 1{,}0 \times 10^{-9}

với

K_{sp} = 3{,}9 \times 10^{-11}

Q > K_{sp}

, tức dung dịch đang quá bão hòa (supersaturated) một cách tạm thời. Vì vậy

\mathrm{CaF_2}

kết tủa cho tới khi

Q

giảm về đúng

K_{sp}

, và phần dung dịch còn lại nằm ở trạng thái bão hòa.

4Bước 4: Ngưỡng bão hòa ứng với dấu bằng

K_{sp} = [\text{Ca}^{2+}][\text{F}^-]^2

. Rút ra

[\text{F}^-] = \sqrt{\dfrac{K_{sp}}{[\text{Ca}^{2+}]}} = \sqrt{\dfrac{3{,}9 \times 10^{-11}}{1{,}0 \times 10^{-3}}} = \sqrt{3{,}9 \times 10^{-8}} = 2{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{M}

5Bước 5: Diễn giải kết quả: dưới

2{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{M}

thì dung dịch chưa bão hòa và không có kết tủa; đúng tại giá trị đó thì bão hòa; vượt qua thì kết tủa xuất hiện. Đây cũng chính là cách hiệu ứng ion chung (common-ion effect) làm giảm độ tan, vì

\mathrm{Ca}^{2+}

có sẵn đã chiếm một phần "hạn ngạch" của tích số tan.

Ngay sau khi trộn, $Q = 1{,}0 \times 10^{-9} > K_{sp} = 3{,}9 \times 10^{-11}$ , nên $\mathrm{CaF_2}$ kết tủa và dung dịch cuối cùng là dung dịch bão hòa của $\mathrm{CaF_2}$ . Với $[\text{Ca}^{2+}] = 0{,}0010\ \mathrm{M}$ , nồng độ $\mathrm{F}^-$ tối thiểu để đạt bão hòa là $2{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{M}$ .

Dẫn tớiphản ứng kết tủa (sắp có)giản đồ pha (sắp có)

Liên quantích số tan (sắp có)

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.