Wróć do informacji o e-podręczniku Udostępnij materiał Wydrukuj
bg‑azure

Rozpuszczalność

Substancje stałe, ciekłe lub gazowe różnią się zdolnościami do tworzenia z innymi substancjami układów homogenicznychukład homogenicznyukładów homogenicznych. Rozpuszczanie to fizyczny proces mieszania się dwóch substancji, prowadzący do otrzymania roztworu.

Rozpuszczalność substancji zależy od:

  • rodzaju substancji rozpuszczonej;

  • rodzaju rozpuszczalnika;

  • temperatury (rozpuszczalność większości ciał stałych i cieczy rośnie wraz ze wzrostem temperatury, a rozpuszczalność gazów maleje);

  • ciśnienia – tylko dla gazów (ich rozpuszczalność rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia oraz od wpływu wspólnego jonu);

  • stanu rozdrobnienia substancji stałej;

  • bodźców mechanicznych, takich jak mieszanie przy rozpuszczaniu ciała stałego w cieczy, wstrząsy obniżające rozpuszczalność gazu w cieczy, które ułatwiają wydzielanie gazu z roztworu.

Rozpuszczalność jest cechą danej pary substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika w określonej temperaturze. Na ogół ilość substancji, którą można rozpuścić w danej ilości rozpuszczalnika i w określonej temperaturze, jest ograniczona i prowadzi do uzyskania tzw. roztworu nasyconegoroztwór nasyconyroztworu nasyconego. Ilość substancji niezbędnej do uzyskania roztworu nasyconego określa wielkość fizyczna zwana rozpuszczalnością.

Rozpuszczalność to liczba gramów danej substancji niezbędna do nasycenia 100 g rozpuszczalnika w danej temperaturze. Krzywe rozpuszczalności przedstawiają zmiany rozpuszczalności substancji w zależności od temperatury.

1

Efekty towarzyszące procesowi rozpuszczania to np. zmiana temperatury i zmiana objętości roztworu (zjawisko dylatacji dylatacja cieplnadylatacji lub kontrakcjikontrakcja objętościkontrakcji). W czasie rozpuszczania następuje solwatacja, czyli otaczanie cząsteczek (lub jonów) substancji rozpuszczonej przez cząsteczki rozpuszczalnika. Solwatację w roztworach wodnych nazywamy hydratacją.

R15I5o3t7IEIh
Uproszczony schemat solwatacji w roztworze wodnym
Źródło: GroMar Sp. z o. o. opracowano na podstawie: https://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/6_chemia_roztworow/03_02_00.htm, licencja: CC BY-SA 3.0.
Ciekawostka
RxfL70Sbbzudy1
Amalgamat srebra
Źródło: domena publiczna, dostępny w internecie: wikipedia.org.

Pojęcie rozpuszczalności nie odnosi się jedynie do cieczy i gazów. Przykładem są amalgamaty otrzymywane poprzez rozpuszczenie metali w ciekłej rtęci.  Ponieważ większość metali jest rozpuszczalna w rtęci, amalgamaty znalazły zastosowanie w kopalniach złota. Dlaczego? Główną trudnością podczas wydobywania złota jest oddzielanie bardzo małych cząstek czystego złota od ton kruszonej skały. Jednym ze sposobów na osiągnięcie tego jest mieszanie zawiesiny pokruszonej skały z ciekłą rtęcią, która rozpuszcza złoto (a także wszelkie metaliczne srebro, które może być obecne). Bardzo gęsty płynny amalgamat złoto‑rtęć jest następnie izolowany, a rtęć oddestylowana.

Etapy procesu rozpuszczania

Proces rozpuszczania substancji krystalicznej w ciekłym rozpuszczalniku przebiega w kilku etapach, które zostały przedstawione w poniższej tabeli. Poszczególne etapy mogą być procesami egzoenergetycznymiegzoenergetycznyegzoenergetycznymi lub endoenergetycznymiendoenergetycznyendoenergetycznymi.

Etapy procesu rozpuszczania

Charakterystyka energetyczna etapów procesu rozpuszczania

Typ etapu

niszczenie sieci krystalicznej substancji (odrywanie jonów z powierzchni kryształu)

energia potrzebna do zniszczenia sieci krystalicznej substancji rozpuszczonej jest przekazana z otoczenia do układu (EIndeks dolny 1).

proces endoenergetyczny

niszczenie oddziaływań międzycząsteczkowych w rozpuszczalniku

energia potrzebna do zniszczenia oddziaływań międzycząsteczkowych w rozpuszczalniku jest przekazana z otoczenia do układu (EIndeks dolny 2).

proces endoenergetyczny

powstanie oddziaływań między jonami substancji rozpuszczonej a cząsteczkami rozpuszczalnika

energia uwodnienia (hydratacji) jonów substancji rozpuszczonej jest uwalniania w trakcie procesu do otoczenia (EIndeks dolny 3).

proces egzoenergetyczny

Przykład 1

Rozpuszczanie stałego NaOH w wodzie jest procesem, któremu towarzyszy podwyższenie temperatury układu, gdyż:

(E1+E2)<E3

Rozpuszczanie stałego NHIndeks dolny 4NOIndeks dolny 3 w wodzie jest natomiast procesem, któremu towarzyszy obniżenie temperatury układu, gdyż:

(E1+E2)>E3

Bibliografia

M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium chemia : Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Wydawnictwo Szkolne PWN, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.

Słownik

układ homogeniczny
układ homogeniczny

(gr. homogenés ,,jednorodny”, ,,pokrewny”) układ, w którym występuje tylko jedna faza

roztwór nasycony
roztwór nasycony

roztwór zawierający maksymalną w danych warunkach (temperatury, ciśnienia) ilość substancji rozpuszczonej (równą jej rozpuszczalności w tych warunkach)

kontrakcja objętości
kontrakcja objętości

zmiana objętości mieszaniny lub roztworu, która jest wynikiem zachodzącej reakcji chemicznej lub oddziaływań pomiędzy składnikami mieszaniny. W roztworach i mieszaninach, w których nie zachodzą reakcje chemiczne, zjawisko kontrakcji prowadzi do zmniejszenia objętości. Wynika to z obniżonej ruchliwości cząsteczek wskutek powstawania aglomeratów połączonych oddziaływaniami międzycząsteczkowymi. Mieszaniną, która wykazuje mniejszą objętość niż użyte do jej sporządzenia składniki, jest mieszanina wody i etanolu. W tym przypadku za zjawisko kontrakcji odpowiadają utworzone wiązania wodorowe powstające pomiędzy atomami wodoru grupy hydroksylowej etanolu a wolnymi parami elektronów na atomie tlenu w cząsteczce wody

dylatacja cieplna
dylatacja cieplna

inaczej: rozszerzalność cieplna; zmiana rozmiarów ciała podczas ogrzewania, która jest wynikiem wzrostu energii ruchu jego cząsteczek, prowadząca do zwiększenia średnich odległości między nimi. Zjawisku dylatacji podlegają ciała stałe, ciecze oraz gazy. Istnieją różnice w sposobach rozszerzania termicznego - można wyróżnić tutaj izotropowość i jednolitość. Izotropowość cechuje się zwiększaniem rozmiarów danego obiektu o taką samą wartość w każdym kierunku, natomiast anizotropowość wykazuje ukierunkowane rozszerzanie się. Przykładem zastosowania dylatacji cieczy jest zasada działania termometrów. Podczas mierzenia temperatury za pomocą termometru możemy zaobserwować rozszerzalność cieczy pod wpływem ciepła, dzięki czemu można odczytać temperaturę badanego środowiska

egzoenergetyczny
egzoenergetyczny

proces przebiegający z wydzieleniem energii do otoczenia

endoenergetyczny
endoenergetyczny

proces przebiegający z pochłanianiem energii z otoczenia

rozpuszczalność
rozpuszczalność

ilość substancji niezbędnej do uzyskania roztworu nasyconego, charakterystyczna dla danej substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika; zależy od temperatury prowadzenia procesu

solwatacja
solwatacja

(łac. solvo „poluzowanie”, „rozwiązać”) oddziaływanie cząsteczek rozpuszczalnika z jonami lub cząsteczkami substancji rozpuszczonej, prowadzące do powstania połączeń zw. solwatami