Mengapa Larutan Tepu Masih Boleh Melarut dan Membentuk Kristal?

Apabila garam atau gula ditambah ke dalam air sehingga sebahagian pepejal tidak lagi hilang, kita biasa berkata larutan itu sudah tepu. Daripada pandangan luar, tiada apa yang berubah: kepekatan malar dan kristal di dasar kelihatan sama. Tetapi "tiada perubahan yang kelihatan" tidak bermaksud tiada apa-apa yang berlaku pada aras zarah.

IUPAC mentakrifkan keterlarutan sebagai kepekatan zat terlarut dalam larutan tepu. Larutan tak tepu masih boleh melarutkan lebih banyak zat. Larutan tepu berada pada had itu apabila ada pepejal bersentuhan dengannya. Larutan lewat tepu pula mengandungi zat terlarut melebihi nilai keseimbangan, dan keadaan ini tidak stabil kerana penghabluran boleh dicetuskan.

Apa yang berlaku di permukaan pepejal?

Ambil kepingan perak klorida sebagai contoh. Pada permukaan pepejal, sebahagian ion Ag⁺ dan Cl⁻ meninggalkan kekisi dan memasuki larutan. Pada masa yang sama, ion yang sama dalam larutan kembali melekat pada permukaan. Proses ini boleh ditulis sebagai AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq).

Dalam larutan tepu yang bersentuhan dengan pepejal, kadar pelarutan sama dengan kadar pemendapan. Zarah terus bergerak dan bertukar tempat, tetapi bilangan bersih zarah dalam larutan tidak berubah. Inilah sebab kepekatan kelihatan malar walaupun proses mikroskopik tidak pernah berhenti.

Ungkapan "tepu" kadangkala disangka bermaksud air sudah tiada ruang. Sebenarnya had itu ditetapkan oleh keseimbangan antara dua proses, bukan oleh kekurangan ruang antara molekul air.

Produk keterlarutan dan ion sepunya

Bagi garam yang sedikit larut seperti AgCl, keseimbangan ini diungkapkan dengan pemalar produk keterlarutan, Ksp = [Ag⁺][Cl⁻]. Pepejal tulen tidak muncul dalam ungkapan ini kerana kepekatannya dianggap tetap. Jika hasil darab kepekatan ion melebihi Ksp, ion akan mendak sehingga hasil darabnya kembali kepada Ksp.

Penambahan ion sepunya, misalnya Cl⁻ daripada garam lain, menaikkan hasil darab ion dan mendorong pemendapan. Itulah sebab keterlarutan AgCl lebih rendah dalam larutan yang sudah mengandungi klorida. Ksp berguna untuk garam yang sedikit larut, tetapi bukan ukuran universal bagi semua zat terlarut.

Suhu dan gas

Bagi banyak pepejal, keterlarutan meningkat apabila suhu naik, tetapi ini bukan hukum umum. Litium sulfat ialah contoh bahan yang keterlarutannya menurun apabila suhu naik. Maka ramalan perlu berdasarkan data bagi bahan itu, bukan andaian.

Gas berbeza daripada kebanyakan pepejal kerana keterlarutannya biasanya menurun apabila suhu naik, dan bergantung pada tekanan separa gas itu. Hukum Henry menyatakan C = kP bagi banyak gas pada julat tertentu, dengan C kepekatan gas terlarut, P tekanan separa dan k pemalar bagi sistem itu. Hukum ini mempunyai batasan, terutamanya apabila gas bertindak balas dengan pelarut.