13.3: Vízben oldott szilárd anyagok oldatai- How to Make Rock Candy
Hogyan befolyásolja a hőmérséklet az oldhatóságot
Az anyag oldhatósága az az anyagmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy adott mennyiségű oldószerben telített oldatot képezzen egy adott hőmérsékleten. Az oldhatóságot gyakran az oldott anyag grammjában mérik \(100 \: \text{g}\) oldószerre vonatkoztatva. A nátrium-klorid vízben való oldhatósága \(36,0 \: \text{g}\) per \(100 \: \text{g}\) víz \(20^\text{o} \text{C}\) hőmérsékleten. A hőmérsékletet azért kell megadni, mert az oldhatóság a hőmérséklet függvényében változik. Gázok esetében a nyomást is meg kell adni. Az oldhatóság egy adott oldószerre jellemző. Az anyag oldhatóságát vízben, mint oldószerben fogjuk vizsgálni.
A szilárd anyagok többségének oldhatósága a hőmérséklet növekedésével nő. Ez a hatás azonban nehezen megjósolható, és oldott anyagonként nagymértékben változik. Az oldhatóság hőmérsékletfüggése az oldhatósági görbe segítségével szemléltethető, amely az oldhatóságot a hőmérséklet függvényében ábrázolja (\(\PageIndex{4}\) ábra).
Figyeljük meg, hogy az \(\ce{NaCl}\) hőmérsékletfüggése meglehetősen lapos, ami azt jelenti, hogy a hőmérséklet növekedése viszonylag kevés hatással van az \(\ce{NaCl}\) oldhatóságára. Az \(\ce{KNO_3}\) görbéje viszont nagyon meredek, így a hőmérséklet emelkedése drámaian növeli az \(\ce{KNO_3}\) oldhatóságát.
Több anyag – az \(\ce{HCl}\), az \(\ce{NH_3}\) és az \(\ce{SO_2}\)- oldhatósága a hőmérséklet emelkedésével csökken. Standard nyomáson mind gázok. Ha egy oldószert, amelyben egy gáz van oldva, melegítünk, mind az oldószer, mind az oldott anyag kinetikus energiája megnő. Ahogy a gáznemű oldott anyag kinetikus energiája nő, molekulái hajlamosabbak arra, hogy az oldószer molekuláinak vonzása alól kibújjanak, és visszatérjenek a gázfázisba. Ezért a gáz oldhatósága a hőmérséklet növekedésével csökken.
Az oldhatósági görbék segítségével meghatározható, hogy egy adott oldat telített vagy telítetlen. Tegyük fel, hogy \(80 \: \text{g}\) \(\ce{KNO_3}\) \(100 \: \text{g}\) vízhez adunk \(30^\text{o} \text{C}\) hőmérsékleten. Az oldhatósági görbe szerint körülbelül \(48 \: \text{g}\) \(\ce{KNO_3}\) oldódik \(30^\text{o} \text{C}\) hőmérsékleten. Ez azt jelenti, hogy az oldat telített lesz, mivel \(48 \: \text{g}\) kisebb, mint \(80 \: \text{g}\). Azt is meghatározhatjuk, hogy a tartály alján \(80 – 48 = 32 \: \text{g}\) oldatlan \(\ce{KNO_3}\) marad. Tegyük fel, hogy ezt a telített oldatot \(60^\text{o} \text{C}\) hőmérsékletre melegítjük. A görbe szerint \(\ce{KNO_3}\) oldhatósága \(60^\text{o} \text{C}\) hőmérsékleten körülbelül \(107 \: \text{g}\). Most az oldat telítetlen, mivel csak az eredeti \(80 \: \text{g}\) oldott anyagot tartalmazza. Most tegyük fel, hogy az oldatot teljesen lehűtjük \(0^\text{o} \text{C}\). Az oldhatóság \(0^\text{o} \text{C}\) hőmérsékleten körülbelül \(14 \: \text{g}\), ami azt jelenti, hogy \(80 – 14 = 66 \: \text{g}\) az \(\ce{KNO_3}\) újra kristályosodik.