13.3: Solutions of Solids Dissolved in Water- How to Make Rock Candy
How Temperature Influences Solubility
De oplosbaarheid van een stof is de hoeveelheid van die stof die nodig is om een verzadigde oplossing te vormen in een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel bij een bepaalde temperatuur. De oplosbaarheid wordt vaak gemeten als het aantal gram oplosmiddel per oplosmiddel. De oplosbaarheid van natriumchloride in water is 36,0 gram per 100 gram water bij 20 graden Celsius. De temperatuur moet worden opgegeven omdat de oplosbaarheid varieert met de temperatuur. Voor gassen moet ook de druk worden aangegeven. De oplosbaarheid is specifiek voor een bepaald oplosmiddel. We zullen de oplosbaarheid van stoffen in water als oplosmiddel beschouwen.
De oplosbaarheid van de meeste vaste stoffen neemt toe als de temperatuur stijgt. Dit effect is echter moeilijk te voorspellen en varieert sterk van oplosmiddel tot oplosmiddel. De temperatuurafhankelijkheid van de oplosbaarheid kan worden gevisualiseerd met behulp van een oplosbaarheidscurve, een grafiek van de oplosbaarheid versus de temperatuur (figuur
Zie hoe de temperatuurafhankelijkheid van (NaCl) tamelijk vlak is, wat betekent dat een temperatuurstijging relatief weinig effect heeft op de oplosbaarheid van (NaCl). De curve voor NKO3 is daarentegen zeer steil, zodat een temperatuurverhoging de oplosbaarheid van NKO3 sterk doet toenemen.
Verschillende stoffen -HCl, NH3 en SO2 – hebben een oplosbaarheid die afneemt als de temperatuur stijgt. Het zijn allemaal gassen bij standaarddruk. Wanneer een oplosmiddel met een daarin opgelost gas wordt verwarmd, neemt de kinetische energie van zowel het oplosmiddel als de opgeloste stof toe. Naarmate de kinetische energie van de gasvormige opgeloste stof toeneemt, hebben de moleculen meer de neiging om aan de aantrekkingskracht van de moleculen van het oplosmiddel te ontsnappen en naar de gasfase terug te keren. Daarom neemt de oplosbaarheid van een gas af als de temperatuur stijgt.
Solubiliteitskrommen kunnen worden gebruikt om te bepalen of een bepaalde oplossing verzadigd of onverzadigd is. Stel dat 80 gram KNO3 wordt toegevoegd aan 100 gram water bij 30 graden Celsius. Volgens de oplosbaarheidskromme zal bij 30°C ongeveer 48% van NKO3 oplossen. Dit betekent dat de oplossing verzadigd zal zijn, omdat 48 gram minder is dan 80 gram. We kunnen ook bepalen dat er op de bodem van het vat (80 – 48 = 32) onopgeloste stof overblijft. Stel nu dat deze verzadigde oplossing wordt verwarmd tot 60°C. Volgens de curve is de oplosbaarheid van NKO3 bij 60°C ongeveer 107 gram. Nu is de oplossing onverzadigd, want ze bevat alleen de oorspronkelijke hoeveelheid opgeloste stof. Stel nu dat de oplossing helemaal wordt afgekoeld tot 0°C. De oplosbaarheid bij 0 graden is ongeveer 14 graden, wat betekent dat 80 – 14 = 66 graden van de opgeloste stof opnieuw zal kristalliseren.