Saturated, Unsaturated and Supersaturated Solutions പൂരിത · അപൂരിത · അതിപൂരിത ലായനി
Keep adding sugar to your tea and, sooner or later, sugar starts to collect at the bottom of the glass. The water cannot take any more. This page finds out exactly how much solute a solvent can hold, what heating changes, and how a solution can be tricked into holding more than it should, until a single seed crystal sets off a shower of crystals. In the saturation lab you do all three activities of the textbook yourself.
വ്യത്യസ്ത തരത്തിലുള്ള ലീനങ്ങളെയും ലായകങ്ങളേയും നാം പരിചയപ്പെട്ടു. ഒരു ലായകത്തിൽ ലീനത്തെ എത്രത്തോളം ലയിപ്പിക്കാം? – We have met different kinds of solutes and solvents. How much solute can be dissolved in a solvent? Let us do the activities below.
1. Saturated solution പൂരിത ലായനി (Activity 1)
ഒരു ബീക്കറിൽ 100 mL ജലം എടുക്കുക. അതിൽ അമോണിയം ക്ലോറൈഡ് (NH₄Cl) കുറേശ്ശെയായി ലയിപ്പിക്കുക. ലീനം ലയിച്ചു ചേരുന്നതായി കാണാം. കൂടുതൽ അമോണിയം ക്ലോറൈഡ് തരികൾ ചേർത്ത് ഇളക്കിക്കൊണ്ടേയിരിക്കുക. Take 100 mL of water in a beaker. Dissolve ammonium chloride (NH₄Cl) in it, a little at a time. The solute dissolves. Keep adding more crystals of ammonium chloride and keep stirring.
ഒരു ഘട്ടത്തിൽ അധികമുള്ള ലീനം ലയിച്ചുചേരാത്ത അവസ്ഥ സംജാതമാകുന്നത് കണ്ടല്ലോ. ഇങ്ങനെ കിട്ടുന്ന ലായനിയെ പൂരിത ലായനി എന്നുവിളിക്കാം. താപനില സ്ഥിരമായിരിക്കുന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക. – At one stage the extra solute no longer dissolves. The solution we get is called a saturated solution. Notice that the temperature is kept constant (t °C in every beaker).
A saturated solution പൂരിത ലായനി is the solution obtained when the maximum amount of solute has dissolved at a given temperature.
2. Unsaturated solution അപൂരിത ലായനി (Activity 2)
പൂരിത ലായനി ഉണ്ടാകുന്നതിനുമുമ്പുള്ള അവസ്ഥയിൽ അമോണിയം ക്ലോറൈഡ് തരികൾ ജലത്തിൽ ലയിച്ചുചേരുന്നത് നിങ്ങൾ കണ്ടല്ലോ. ഇതിനെ അപൂരിത ലായനി എന്നു വിളിക്കുന്നു. – Before the solution became saturated, you saw the ammonium chloride crystals dissolving in the water. A solution at that stage is called an unsaturated solution.
A solution in which less solute is dissolved than is needed to make it saturated at a given temperature is an unsaturated solution അപൂരിത ലായനി.
അപൂരിത ലായനിയിൽ വീണ്ടും ലീനത്തെ ലയിപ്പിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് കണ്ടല്ലോ. – So more solute can still be dissolved in an unsaturated solution.
Add a small crystal of the same solute at the same temperature and stir. If it dissolves, the solution was unsaturated. If it stays undissolved, the solution is saturated. (In a supersaturated solution, which you meet next, the crystal makes even more solute come out!)
3. Supersaturated solution അതിപൂരിത ലായനി (Activity 3)
അമോണിയം ക്ലോറൈഡിന്റെ പൂരിത ലായനി തയ്യാറാക്കിയ സന്ദർഭത്തിൽ അല്പം ലീനം ലയിക്കാതെ അവശേഷിച്ചത് നിരീക്ഷിച്ചുവല്ലോ? ഇതിനെ ലയിപ്പിക്കാൻ എന്തെങ്കിലും മാർഗമുണ്ടോ? ചൂടാക്കി നോക്കൂ. കുറച്ചുകൂടി ലീനം ചേർത്ത് ചൂടാക്കുന്നത് തുടരുക. When you made the saturated solution of ammonium chloride, a little solute was left undissolved. Is there a way to dissolve it? Try heating. Add a little more solute and continue heating.
Q (page 119). എന്താണ് സംഭവിച്ചത്? ലീനം ലയിക്കുന്നുണ്ടോ? What happened? Does the solute dissolve?
ഇനി ലായനിയെ അനക്കാതെ സാധാരണ താപനിലയിലേക്ക് സാവധാനം തണുപ്പിക്കുക. ലീനം അവക്ഷിപ്തപ്പെടുന്നുണ്ടോ? നിരീക്ഷണ ഫലം രേഖപ്പെടുത്തുക. Now cool the solution slowly to room temperature without disturbing it. Does the solute precipitate (come out as a solid)? Record your observation.
Observation (page 120).
But if the cooling is done very carefully (clean beaker, no dust, no shaking, no crystals left at the bottom), the solution often stays clear at room temperature even though it now holds more solute than a saturated solution can at that temperature. Such a solution is supersaturated.
A solution in which more solute is dissolved than is needed to make it saturated at a given temperature is a supersaturated solution അതിപൂരിത ലായനി.
4. Virtual lab: the saturation lab
100 g (100 mL) of water and a jar of ammonium chloride. Each spoonful is 5 g. The water is stirred all the time, except while you "cool slowly". Watch the beaker, the meter and the point on the solubility curve.
Moving the temperature slider means heating or cooling while stirring. The solubility values are those of the textbook's table (Let us assess, question 6: 24, 37, 41, 55 and 66 g per 100 g of water at 10, 20, 40, 60 and 80 °C), joined by straight lines. The dots in the beaker stand for dissolved particles, which in real life you cannot see.
Try these in the lab
- At 30 °C add spoonfuls one by one. After how many spoonfuls is some solid left at the bottom?
- Heat to 60 °C. What happens to the solid? Add spoonfuls until it is saturated again.
- Untick "very careful" and press "Cool slowly". What do you see?
- Start again, make a saturated solution at 60 °C with nothing left at the bottom, tick "very careful" and cool slowly. Where is the point on the curve? Now drop in a seed crystal.
2. At 60 °C up to 55 g can dissolve, so the solid disappears. 11 spoonfuls (55 g) make it just saturated at 60 °C.
3. As it cools, the limit falls from 55 g to 39 g, so about 16 g of NH₄Cl comes out as crystals. The solution left is saturated at 30 °C.
4. The point stays above the curve: 55 g dissolved where only 39 g should – a supersaturated solution. The seed crystal makes the extra 16 g crystallise at once, and the point drops back onto the curve.
5. Is a supersaturated solution stable?
Q (page 120). അതിപൂരിത ലായനി സ്ഥിരമായി നിലനിൽക്കുമോ? എന്തുകൊണ്ടായിരിക്കും? Will a supersaturated solution remain stable? Why?
അധികം ചേർത്ത ലീനത്തെ അവക്ഷിപ്തപ്പെടുത്തി വീണ്ടും അതിനെ പൂരിത ലായനിയായി മാറ്റാം. എന്നാൽ ശ്രദ്ധാപൂർവം ഇതിനെ സാധാരണ താപനിലയിലേക്ക് കൊണ്ടുവന്നാൽ പലപ്പോഴും ലയിച്ച ലീനം അടിയുന്നില്ല. The extra solute can be made to precipitate, turning it back into a saturated solution. But if it is brought to room temperature carefully, the dissolved solute often does not settle out.
6. Growing crystals വളരുന്ന പരൽ
കോപ്പർ സൾഫേറ്റിന്റെ (CuSO₄) യും പൊട്ടാസിയം നൈട്രേറ്റിന്റെയും (KNO₃) അതിപൂരിത ലായനികൾ പ്രത്യേകം ബീക്കറുകളിൽ തയ്യാറാക്കുക. അവയിൽ യഥാക്രമം കോപ്പർ സൾഫേറ്റിന്റെയും പൊട്ടാസിയം നൈട്രേറ്റിന്റെയും ഓരോ ചെറിയ ക്രിസ്റ്റൽ (seed crystal) നൂലിൽ കെട്ടി ചിത്രത്തിൽ കാണുന്നതുപോലെ ലായനികളിൽ തൂക്കിയിടുക. Prepare supersaturated solutions of copper sulphate (CuSO₄) and potassium nitrate (KNO₃) in separate beakers. Tie a small crystal (a seed crystal) of copper sulphate and one of potassium nitrate to threads, and hang each in its own solution as in Fig 6.5.
Sizes are illustrative. Real crystals grow for days if the beaker is covered and left undisturbed.
Q (page 120). അല്പസമയത്തിനുശേഷം എന്തുമാറ്റമാണ് കണ്ടത്? ഒരു ദിവസത്തിനുശേഷം വീണ്ടും നിരീക്ഷിക്കുക. നിരീക്ഷിച്ച ഫലങ്ങൾ രേഖപ്പെടുത്തുക. What change did you see after a short time? Observe again after a day and record your observations.
Why? The solutions hold more solute than they can keep dissolved. The seed crystal gives the extra solute a place to settle, so the particles come out of the solution and join the crystal in a regular pattern.
The process in which crystals of the solute form when a supersaturated solution is cooled slowly is called crystallization പരലീകരണം.
- Kalkandam (sugar candy): a hot, very concentrated sugar syrup is cooled slowly with threads hanging in it, and big sugar crystals grow on the threads.
- Honey or a bottle of thick sugar syrup kept for a long time sometimes turns grainy: sugar crystals are coming out of a supersaturated solution.
- "Hot ice" hand-warmers contain a supersaturated solution of sodium acetate. Clicking a metal disc starts crystallisation, which gives out heat (go further).
| At a given temperature | Solute dissolved compared with the saturation amount | Add a crystal of solute | Stable? |
|---|---|---|---|
| Unsaturated അപൂരിത ലായനി | less | it dissolves | yes |
| Saturated പൂരിത ലായനി | equal (the maximum) | it stays undissolved | yes |
| Supersaturated അതിപൂരിത ലായനി | more | extra solute crystallises | no |
- Forgetting the temperature ✗ – "saturated" always means saturated at a given temperature. A solution saturated at 30 °C becomes unsaturated when heated.
- "Saturated = concentrated, unsaturated = dilute" ✗ – a saturated solution of a slightly soluble substance can still be very dilute.
- Thinking a supersaturated solution is made by just adding more solute ✗ – it is made by dissolving at a higher temperature and cooling slowly and undisturbed.
- 📄 Saturation (chemistry) Wikipedia
Saturated and unsaturated solutions. - 📄 Supersaturation Wikipedia
Solutions holding more solute than they normally can. - 📄 Crystallization Wikipedia
How crystals grow from a supersaturated solution. - 📄 Solubility Wikipedia
Solubility curves and how temperature and pressure change solubility. - 📄 Sodium sulfate Wikipedia
Glauber’s salt and its unusual solubility curve. - 📄 Chemical garden Wikipedia
The sodium silicate "crystal garden" of extended activity 1.
7. Check yourself
- Saturated പൂരിത ലായനി: maximum solute dissolved at a given temperature. Unsaturated അപൂരിത ലായനി: less than that – more can still dissolve.
- Heating lets more solute dissolve. Cooling slowly and without disturbance can give a supersaturated solution അതിപൂരിത ലായനി, which holds more solute than the saturation amount.
- A supersaturated solution is unstable: a disturbance or a seed crystal makes the extra solute crystallise.
- Seed crystals of CuSO₄ (blue) and KNO₃ (colourless needles) grow in their supersaturated solutions വളരുന്ന പരൽ. Crystals forming when a supersaturated solution is cooled slowly = crystallization പരലീകരണം.