Rozpuszczalność

1. Rozpuszczalność

Kiedy wrzucimy związek jonowy do wody, na przykład prawilną cząsteczkę chlorku sodu, NaCl, to ulegnie ona rozpadowi na jony, a więc zajdzie dysocjacja, zgodnie z równaniem :

NaCl ⟶ Na+ + Cl

Kiedy jednak wrzucimy dość podobną sól, zamieniając tylko sód na srebro, to okazuje, się, że taki związek nie ulegnie już dysocjacji!

This image has an empty alt attribute; its file name is NaCl-vs-AgCl-rozpuszczalnosc.jpg
Rozpuszczalność NaCl oraz AgCl jest zupełnie inna!

To też nie jest tak, że AgCl zupełnie się nie rozpuszcza, bo bardzo malutka część jonów Ag+ oraz Cl przechodzi do roztworu i co więcej, da się to nawet obliczyć! Będziemy się tym zajmować w następnym rozdziale.

Przydałaby się ilościowa miara, która mówi nam jak dużo substancji się rozpuściło (czy też może się rozpuścić). Jest to rozpuszczalność.

Rozpuszczalność określa ile gramów substancji rozpuszcza się w 100 gramach wody w danej temperaturze. Na przykład jeśli rozpuszczalność NaCl wynosi 30 g / 100 g H2O, to znaczy że w stu gramach wody rozpuści się maksymalnie 30 gram NaCl, a całkowita masa takiego roztworu wynosi 130 g.

Co to jest rozpuszczalność ?

2. Rozpuszczalność na wykresie

Rozpuszczalność często przedstawia się na wykresach, aby potem ułożyć z tego jakieś zadanie obliczeniowe. Typowym błędem jest zapominanie o substancji podczas obliczeń, że ona też składa się na całkowitą masę roztworu. Jeśli zatem ta rozpuszczalność wynosi 30 g / 100 g H2O, to całkowita masa roztworu wynosi 130 g, czyli 100 g od wody oraz 30 g od substancji. Jeśli już to będziesz pamiętać, to poradzisz sobie z każdym zadaniem. Tutaj każde zadanie będzie związane z proporcjami, no i oczywiście można wpleść stężenie procentowe oraz molowe.

Rozpuszczalność substancji pokazana na wykresie

Z reguły jak widać na wykresie, rozpuszczalność soli rośnie wraz z temperaturą[1], ale są od tego wyjątki (tutaj np. siarczan ceru (III) – Ce2(SO4)3 ).

3. Rozpuszczalność w zadaniach

2010 maj – poziom rozszerzony (stara matura)
Uzupełni tabelę.

Rozwiązanie :

Rozpuszczalność w 40℃ jest już podana w treści zadania, wynosi 40 g / 100 g H2O. Korzystamy z podanego stężenia procentowego, aby obliczyć rozpuszczalność w 20℃. Jeśli założyć sobie 100 g całego roztworu, to skoro stężenie procentowe wynosi 25,37%, to masa substancji (KCl) wynosi 25,37 g, a resztę stanowi woda, czyli 100 − 74,63 g.

Układamy proporcję, aby przeliczyć rozpuszczalność KCl na 100 g wody.

25,37 g KCl ー 74,63 g H2O

x ー 100 g H2O

Otrzymujemy x = 34 g, czyli rozpuszczalność KCl w wynosi 34 g KCl / 100 g H2O

Rozpuszczalność KCl przedstawiona na wykresie. Pamiętaj o podpisaniu osi (temperatura i rozpuszczalność) oraz podaniu jednostek!
2020 maj – poziom rozszerzony (stara formuła)

Odpowiedź : 7 g Na2CO3 / 100 g H2O

Rozwiązanie : Obliczamy masę bezwodnej soli w 21,5 g uwodnionej soli (bo tyle się rozpuszcza w 100 g wody)

106 g Na2CO3 ー 286 g Na2CO3 • 10H2O

x ー 21,5 g

Otrzymujemy x = 7,97 g bezwodnej soli Na2CO3 . Resztę z tego 21,5 g stanowi woda, a więc jest jej 21,5 − 7,97 = 13,53 g H2O. Czyli przeliczając to na rozpuszczalność bezwodnej soli to otrzymujemy, że 7,97 g Na2CO3 rozpuszcza się w 100 + 13,53 = 113,53 g wody. Dalej już proporcja :

7,97 g Na2CO3 ー 113,53 g H2O

y ー 100 g H2O

Gdzie y = 7,02 ≅ 7 g soli w stu gramach wody.

2018 czerwiec – poziom rozszerzony (zadanie 26)

Odpowiedź : mH2O = 101 g

Rozwiązanie : To jest całkiem mocne zadanie muszę przyznać! Zaczynamy od wyliczenia z proporcji ile czystego kwasu etanodiowego znajduje się w jego hydracie. Sam kwas ma masę molową 90 g/mol, natomiast jego hydrat 126 g/mol.

90 g (COOH)2 ー 126 g (COOH)2 • H2O

x ー 14 g

Skąd mamy x = 10 g (masa kwasu etanodiowego zawarta w hydracie). Teraz korzystamy z rozpuszczalności podanej w zadaniu :

9,52 g (COOH)2 ー 100 g H2O

10 g ー y

I wyliczamy, że y = 105 g , a więc to jest całkowita masa wody potrzebna do rozpuszczenia 10 g kwasu etanodiowego. I teraz uwaga, najtrudniejsza część zadania! Jeśli my używamy hydratu tego kwasu, to tam już jest zawarta woda! Ustaliliśmy, że w 14 g tego związku znajduje się 10 g kwasu, a więc resztę (czyli 4 g) stanowi woda! Zatem masa wody potrzebna do rozpuszczenia całego hydratu jest równa 105 − 4 = 101 g

2015 maj – poziom rozszerzony

Odpowiedź : c = 2,78 mol • dmー3

Rozwiązanie : można było zadanie rozwiązać na dwie metody, zwłaszcza jeśli ktoś zna wzór, który umożliwia przeliczanie stężenia procentowego na molowe, który wyprowadzaliśmy wcześniej.

Metoda I :

Masa całego roztworu to 131,9 g, z czego KNO3 to 31,9 g, co odpowiada 0,316 mola. Korzystając z gęstości możemy obliczyć objętość roztworu :

\displaystyle 1,16 = \frac{131,9}{V} \implies V = 113,7 \ cm^{3}

\displaystyle  c = \frac{0,316}{0,1137} = 2,78 \ \frac{mol}{dm^{3}}

Metoda II :

\displaystyle c = \frac{C_{p} \cdot d}{100M}

Najpierw wyliczamy stężenie procentowe : mamy 31,9 g substancji, a masa roztworu wynosi 131,9 , czyli :

\displaystyle C_{p} = \frac{31,9}{131,9}  = 0,2418 = 24,18 \%

\displaystyle c = \frac{24,18 \cdot 1160}{100 \cdot 101} = 2,78 \ \frac{mol}{dm^{3}}

Zwróć uwagę na poprawny dobór jednostek, na przykład do obliczenia stężenia molowego potrzebujemy objętość w decymetrach sześciennych (dlatego wstawiłem V = 0,1137 dm3) , czy też gęstość w gramach na decymetr sześcienny (dlatego pojawiło się d = 1160 g • dmー3)

2016 maj – poziom rozszerzony

[Uwaga, tiosiarczan sodu został wcześniej opisany, zatem wiadomo, że jest to związek o wzorze Na2S2O3].

Odpowiedź : m = 62,3 g

Rozwiązanie :

158 g Na2S2O3 ー 248 g Na2S2O3 • 5H2O

x ー 176 g Na2S2O3 • 5H2O

Skąd otrzymujemy x = 112 g czystej. W takim razie możemy obliczyć stężenie procentowe nasyconego roztworu, bo masa substancji to 112 g, a masa roztworu wynosi 176 + 100 = 276 g wody.

\displaystyle C_{p} = \frac{112}{276}  = 0,4058 = 40,58 \%

Teraz wystarczy podstawić docelowe stężenie 25% i możemy wyliczyć już ile wody trzeba dodać. Musimy pamiętać, że wodę dodajemy do nasyconego roztworu o masie 100 g, a w takim roztworze masa substancji wynosi 40,58 g.

\displaystyle 0,25 = \frac{40,58}{100 + y} \implies y = 62,3 \ g

2015 czerwiec – poziom rozszerzony

Odpowiedź : mKCl = 11,2 g

Rozwiązanie : W temperaturze 20℃ mamy :

34,2 g KCl ー 134,2 g roztworu

x ー 250 g roztworu

Skąd x = 63,71 g . Teraz dodajemy jakąś ilość KCl, oznaczmy ją jako y. Układamy nową proporcję dla czterdziestu stopni.

40,2 g KCl ー 140,2 g roztworu

(63,71 + y )g KCl ー (140,2 + y) g roztworu

Wymnażając na krzyż otrzymujemy : 40,2(140,2 + y) = 140,2(63,71+y) , skąd wyliczamy y = 11,2 g i właśnie tyle KCl należy dodać.

2018 maj – poziom rozszerzony

Odpowiedź : Cp = 34,89 ≅ 35 %

Rozwiązanie :

120 g NaHSO4 ー 138 g NaHSO4 • H2O

x ー 67g NaHSO4 • H2O

Otrzymujemy x = 58,26 g czystej (bezwodnej) soli zawartej w tym hydracie. Skoro 67 g hydratu rozpuszcza się w 100 gramach wody, to znaczy, że całkowita masa roztworu wynosi 67 + 100 = 167 g , z czego 58,26 g stanowi bezwodna sól NaHSO4 , możemy zatem wyliczyć stężenie procentowe.

\displaystyle C_{p} = \frac{58,26}{167} = 0,3489 = 34,89 \% \approx 35 \%


[1] Większość substancji rozpuszcza się szybciej przy wyższych temperaturach, ale nie zawsze to musi wiązać się z tym, że lepiej się rozpuszczają (czyli, że więcej substancji się rozpuści w wodzie)! Takie anomalne właściwości gorszej rozpuszczalności w wyższych temperaturach mogą być związane między innymi z hydratacją jonów przez wodę.

Leave a Reply

%d bloggers like this: