13.3: Solutions of Solids Dissolved in Water- How to Make Rock Candy

How Temperature Influences Solubility

Rozpuszczalność substancji jest ilością tej substancji, która jest wymagana do utworzenia nasyconego roztworu w danej ilości rozpuszczalnika w określonej temperaturze. Rozpuszczalność jest często mierzona jako ilość gramów solutu na 100 g rozpuszczalnika. Rozpuszczalność chlorku sodu w wodzie wynosi 36,0 g na 100 g wody w temperaturze 20°C. Temperatura musi być podana, ponieważ rozpuszczalność zmienia się w zależności od temperatury. W przypadku gazów należy również podać ciśnienie. Rozpuszczalność jest specyficzna dla danego rozpuszczalnika. Rozpatrzymy rozpuszczalność materiału w wodzie jako rozpuszczalniku.

Rozpuszczalność większości substancji stałych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Jednak efekt ten jest trudny do przewidzenia i różni się znacznie w zależności od rozpuszczalnika. Zależność rozpuszczalności od temperatury można zobrazować za pomocą krzywej rozpuszczalności, czyli wykresu zależności rozpuszczalności od temperatury (Rysunek rzedstawia wykres rozpuszczalności od temperatury).

Zauważ, że zależność temperaturowa \(\ce{NaCl}) jest dość płaska, co oznacza, że wzrost temperatury ma stosunkowo niewielki wpływ na rozpuszczalność \(\ce{NaCl}). Z drugiej strony, krzywa dla KNO_3 jest bardzo stroma, więc wzrost temperatury dramatycznie zwiększa rozpuszczalność KNO_3.

Kilka substancji – HCL, NH_3 iSO_2 – ma rozpuszczalność malejącą wraz ze wzrostem temperatury. Wszystkie one są gazami pod ciśnieniem standardowym. Kiedy rozpuszczalnik z rozpuszczonym w nim gazem jest podgrzewany, energia kinetyczna zarówno rozpuszczalnika, jak i solutu wzrasta. Ponieważ energia kinetyczna gazowego solutu wzrasta, jego cząsteczki mają większą tendencję do ucieczki przed przyciąganiem cząsteczek rozpuszczalnika i powrotu do fazy gazowej. Dlatego rozpuszczalność gazu maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Krzywe rozpuszczalności można wykorzystać do określenia, czy dany roztwór jest nasycony czy nienasycony. Zgodnie z krzywą rozpuszczalności, około \(48 \: \text{g}) \(\ce{KNO_3}) rozpuści się w temperaturze \(30^text{o} \text{C}). Oznacza to, że roztwór będzie nasycony, ponieważ ∗ 48 ∗ jest mniejsze niż ∗ 80 ∗. Możemy również określić, że na dnie naczynia pozostanie \(80 – 48 = 32 \: \text{g}) nierozpuszczonego \(\ce{KNO_3}}). Załóżmy teraz, że ten nasycony roztwór zostanie podgrzany do temperatury 60 ^text{o} ^C}. Zgodnie z krzywą, rozpuszczalność ^ce{KNO_3}} w temperaturze ^60^text{o} ^text{C}} wynosi około ^ 107 ^text{g}}. Teraz roztwór jest nienasycony, ponieważ zawiera tylko pierwotną ilość rozpuszczonego solutu. Teraz załóżmy, że roztwór zostanie schłodzony do temperatury 0°C. Rozpuszczalność w temperaturze 0^text{o} ^text{C}} wynosi około 14, co oznacza, że 80 – 14 = 66 ^text{g}} z ^ce{KNO_3}} ulegnie ponownej krystalizacji.