Rozpuszczalność — od czego zależy i jak ją czytać
Rozpuszczalność to maksymalna ilość substancji, jaką można rozpuścić w danej ilości rozpuszczalnika w określonej temperaturze. Podaje się ją zwykle w gramach na sto gramów wody.
Rozpuszczalność decyduje o tym, czy substancja pozostanie w roztworze, czy wytrąci się jako osad. Poniżej czynniki, które na nią wpływają, i sposób czytania wykresów.
Rodzaje roztworów
- Nienasycony — można rozpuścić jeszcze więcej substancji
- Nasycony — osiągnięto maksimum w danej temperaturze
- Przesycony — zawiera więcej substancji, niż wynika z rozpuszczalności; stan nietrwały
Roztwór przesycony powstaje przez ostrożne schłodzenie roztworu nasyconego. Wystarczy wtedy wstrząs albo dodanie kryształka, by nadmiar gwałtownie się wytrącił — na tej zasadzie działają ogrzewacze chemiczne wielokrotnego użytku.
Wpływ temperatury
- Ciała stałe — rozpuszczalność zwykle rośnie z temperaturą
- Gazy — rozpuszczalność maleje z temperaturą
Druga zależność jest odwrotna do intuicji, ale łatwo ją zaobserwować: podgrzewana woda wypuszcza pęcherzyki powietrza na długo przed wrzeniem, a napój gazowany szybciej traci gaz w cieple.
Ma to znaczenie ekologiczne. Zrzut ciepłej wody z elektrowni obniża zawartość tlenu w rzece, co szkodzi organizmom wodnym — zjawisko to nazywa się zanieczyszczeniem termicznym.
Wpływ ciśnienia
Ciśnienie wpływa istotnie tylko na rozpuszczalność gazów, i to proporcjonalnie: im wyższe ciśnienie, tym więcej gazu rozpuści się w cieczy.
Napoje gazowane butelkuje się pod ciśnieniem, dlatego po otwarciu gaz zaczyna się uwalniać. Ta sama zasada tłumaczy chorobę dekompresyjną u nurków: azot rozpuszczony we krwi pod ciśnieniem tworzy pęcherzyki przy zbyt szybkim wynurzaniu.
Podobne rozpuszcza podobne
Reguła porządkująca cały temat. Substancje polarne rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych, a niepolarne w niepolarnych.
Woda jest polarna, więc rozpuszcza sól i cukier, ale nie tłuszcz. Tłuszcz rozpuści się natomiast w benzynie. To także wyjaśnia działanie mydła, którego cząsteczka ma jeden koniec polarny, a drugi niepolarny — dzięki temu łączy tłuszcz z wodą.
Stężenie procentowe a rozpuszczalność
Oba pojęcia bywają mylone, choć opisują co innego. Rozpuszczalność to wartość maksymalna, cecha danej substancji w danej temperaturze — nie da się jej wybrać. Stężenie procentowe opisuje natomiast konkretny roztwór i może przyjmować dowolną wartość aż do granicy wyznaczonej rozpuszczalnością.
Stężenie oblicza się jako masę substancji podzieloną przez masę całego roztworu i pomnożoną przez sto procent. Najczęstszy błąd polega na dzieleniu przez masę samej wody zamiast przez masę roztworu — a roztwór to woda wraz z rozpuszczoną substancją. Przy roztworze nasyconym obie wielkości dają się zresztą przeliczyć jedna na drugą, co bywa treścią zadań maturalnych.
Krzywe rozpuszczalności
Wykres pokazuje zależność rozpuszczalności od temperatury. Odczyt jest prosty: znajdujemy temperaturę na osi poziomej i odczytujemy wartość na pionowej.
Zadania zwykle pytają o ilość substancji, która wytrąci się przy schłodzeniu roztworu. Metoda: odczytać rozpuszczalność w obu temperaturach, obliczyć różnicę i przeliczyć proporcjonalnie do ilości wody w zadaniu. Ostatni krok bywa pomijany, bo wykresy podają wartości dla stu gramów wody, a zadanie rzadko dotyczy dokładnie takiej ilości.