Rozpuszczalność
rozpuszczalność
Rozpuszczalność opisuje, ile substancji rozpuszczonej może rozpuścić się w danej objętości określonego rozpuszczalnika. Rozpuszczalnoś…
Rozpuszczalność jest miarą zdolności substancji rozpuszczonej do rozpuszczania się w rozpuszczalniku. Różne substancje rozpuszczone mają różną rozpuszczalność. Na przykład chlorek sodu ma rozpuszczalność 39 gramów w 100 mililitrach wody, podczas gdy chlorek srebra to tylko 0,002 grama.
Dlaczego tak się dzieje? Rozpuszczalność zależy od właściwości fizycznych i chemicznych zarówno substancji rozpuszczonej, jak i rozpuszczalnika. Sam to widziałeś. Na przykład wiesz, że masło nie rozpuszcza się w wodzie, ale rozpuszcza się w oliwie z oliwek.
Termin "podobne rozpuszcza podobne" przypomina nam, że rozpuszczalnik rozpuszcza substancję rozpuszczoną o podobnej polarności. Tak więc rozpuszczalniki polarne rozpuszczają polarne substancje rozpuszczone, podczas gdy rozpuszczalniki niepolarne rozpuszczają niepolarne substancje rozpuszczone. Ponadto możemy wpływać na rozpuszczalność za pomocą innych czynników, takich jak pH, temperatura i ciśnienie.
Na przykład rozpuszczalność zwykle wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Pomyśl o rozpuszczeniu cukru w mrożonej kawie w porównaniu z gorącą kawą. Teraz, jeśli substancja rozpuszczona rozpuści się w rozpuszczalniku, tylko tyle może zostać rozpuszczone. Po osiągnięciu tego limitu zdysocjowane jony są w równowadze ze ciałem stałym, a roztwór jest nasycony. Oznacza to, że jeśli dodasz więcej substancji rozpuszczonej, nie rozpuści się.
Możemy określić ilościowo tę równowagę za pomocą stałej równowagi Kc. W tym równaniu wykorzystuje się stężenia rozpuszczonych produktów w liczniku i reagentów w mianowniku, z których każdy jest podniesiony do potęgi ich współczynnika stechiometrycznego. Możemy użyć tej stałej równowagi, aby zrozumieć termodynamikę procesu rozpuszczania, gdy przechodzi on z początkowego stanu nierozpuszczonego do końcowego stanu rozpuszczonego.
Entalpia H roztworu jest ilościową miarą całkowitej zawartości ciepła w układzie, a ΔH opisuje zmianę tej zawartości ciepła. Jeśli ΔH jest dodatnie, oznacza to, że reakcja pochłonęła ciepło lub jest endotermiczna. Gdy ΔH jest ujemne, oznacza to, że reakcja uwalnia ciepło lub jest egzotermiczna. Następnie, entropia, S, opisuje stopień nieuporządkowania w systemie. ΔS wynosi 0 dla reakcji odwracalnej, ale poza tym jest dodatnia, ponieważ nieporządek systemu woli się zwiększać.
Wreszcie, energia swobodna Gibbsa, G, jest miarą energii, którą można wykorzystać do wykonania pracy. Oblicza się go z ΔH i ΔS i jest zależny od temperatury. Gdy ΔG jest dodatnie, reakcja nie jest spontaniczna i należy włożyć energię, aby reakcja mogła przebiegać. Gdy ΔG jest mniejsze niż 0, oznacza to, że reakcja jest spontaniczna.
Te właściwości mówią nam wiele o tym, jak substancja rozpuszczona rozpuszcza się w rozpuszczalniku. Na przykład możemy użyć entalpii i entropii, aby dowiedzieć się, czy substancja rozpuszczona woli pozostać nierozpuszczona w swojej uporządkowanej postaci krystalicznej, czy nieuporządkowana w roztworze. Możemy użyć energii Gibbsa, aby dowiedzieć się, czy musimy wprowadzić energię za pomocą ciepła, aby rozpuścić substancję.
W tym laboratorium zbadasz rozpuszczalność związku w różnych temperaturach i użyjesz miareczkowania, aby określić dokładne stężenie nasyconego roztworu. Następnie wykorzystasz swoje dane do obliczenia właściwości termodynamicznych rozpuszczania.
Zaloguj się lub , aby uzyskać dostęp do pełnej treści. Dowiedz się więcej o dostępie Twojej instytucji do treści JoVE tutaj
Rozpuszczalność jest miarą zdolności substancji rozpuszczonej do rozpuszczania się w rozpuszczalniku. Różne substancje rozpuszczone mają różną rozpuszczalność. Na przykład chlorek sodu ma rozpuszczalność 39 gramów w 100 mililitrach wody, podczas gdy chlorek srebra to tylko 0,002 grama.
Dlaczego tak się dzieje? Rozpuszczalność zależy od właściwości fizycznych i chemicznych zarówno substancji rozpuszczonej, jak i rozpuszczalnika. Sam to widziałeś. Na przykład wiesz, że masło nie rozpuszcza się w wodzie, ale rozpuszcza się w oliwie z oliwek.
Termin "podobne rozpuszcza podobne" przypomina nam, że rozpuszczalnik rozpuszcza substancję rozpuszczoną o podobnej polarności. Tak więc rozpuszczalniki polarne rozpuszczają polarne substancje rozpuszczone, podczas gdy rozpuszczalniki niepolarne rozpuszczają niepolarne substancje rozpuszczone. Ponadto możemy wpływać na rozpuszczalność za pomocą innych czynników, takich jak pH, temperatura i ciśnienie.
Na przykład rozpuszczalność zwykle wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Pomyśl o rozpuszczeniu cukru w mrożonej kawie w porównaniu z gorącą kawą. Teraz, jeśli substancja rozpuszczona rozpuści się w rozpuszczalniku, tylko tyle może zostać rozpuszczone. Po osiągnięciu tego limitu zdysocjowane jony są w równowadze ze ciałem stałym, a roztwór jest nasycony. Oznacza to, że jeśli dodasz więcej substancji rozpuszczonej, nie rozpuści się.
Możemy określić ilościowo tę równowagę za pomocą stałej równowagi Kc. W tym równaniu wykorzystuje się stężenia rozpuszczonych produktów w liczniku i reagentów w mianowniku, z których każdy jest podniesiony do potęgi ich współczynnika stechiometrycznego. Możemy użyć tej stałej równowagi, aby zrozumieć termodynamikę procesu rozpuszczania, gdy przechodzi on z początkowego stanu nierozpuszczonego do końcowego stanu rozpuszczonego.
Entalpia H roztworu jest ilościową miarą całkowitej zawartości ciepła w układzie, a ΔH opisuje zmianę tej zawartości ciepła. Jeśli ΔH jest dodatnie, oznacza to, że reakcja pochłonęła ciepło lub jest endotermiczna. Gdy ΔH jest ujemne, oznacza to, że reakcja uwalnia ciepło lub jest egzotermiczna. Następnie, entropia, S, opisuje stopień nieuporządkowania w systemie. ΔS wynosi 0 dla reakcji odwracalnej, ale poza tym jest dodatnia, ponieważ nieporządek systemu woli się zwiększać.
Wreszcie, energia swobodna Gibbsa, G, jest miarą energii, którą można wykorzystać do wykonania pracy. Oblicza się go z ΔH i ΔS i jest zależny od temperatury. Gdy ΔG jest dodatnie, reakcja nie jest spontaniczna i należy włożyć energię, aby reakcja mogła przebiegać. Gdy ΔG jest mniejsze niż 0, oznacza to, że reakcja jest spontaniczna.
Te właściwości mówią nam wiele o tym, jak substancja rozpuszczona rozpuszcza się w rozpuszczalniku. Na przykład możemy użyć entalpii i entropii, aby dowiedzieć się, czy substancja rozpuszczona woli pozostać nierozpuszczona w swojej uporządkowanej postaci krystalicznej, czy nieuporządkowana w roztworze. Możemy użyć energii Gibbsa, aby dowiedzieć się, czy musimy wprowadzić energię za pomocą ciepła, aby rozpuścić substancję.
W tym laboratorium zbadasz rozpuszczalność związku w różnych temperaturach i użyjesz miareczkowania, aby określić dokładne stężenie nasyconego roztworu. Następnie wykorzystasz swoje dane do obliczenia właściwości termodynamicznych rozpuszczania.
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: What factors determine how much solute can dissolve in a solvent?
Solubility depends on the physical and chemical properties of both the solute and solvent. The polarity of each substance is critical—polar solvents dissolve polar solutes, while nonpolar solvents dissolve nonpolar solutes, following the principle that like dissolves like. Additionally, pH, temperature, and pressure influence solubility, with temperature typically increasing dissolution rates.
Q2: How does temperature affect the solubility of a compound?
Solubility typically increases with increasing temperature. For example, sugar dissolves more readily in hot coffee than in iced coffee. Sodium carbonate demonstrates this trend, with solubility rising from 7 g per 100 mL at 0°C to 44 g per 100 mL at 100°C, though some compounds show exceptions to this pattern.
Q3: What is a saturated solution and why does additional solute remain undissolved?
A saturated solution contains the maximum amount of solute dissolved in a given solvent volume. At this equilibrium point, dissolved ions balance with solid solute, so any additional solute cannot dissolve and remains as a precipitate. For instance, 36 grams of sodium chloride in 100 mL of water at room temperature creates a saturated solution.
Q4: How do you calculate the equilibrium constant for a dissolution process?
For dissolution equilibria, the equilibrium constant Kc uses concentrations of dissolved products in the numerator and reactants in the denominator, each raised to their stoichiometric coefficient. For ionic salts, the solubility product constant Ksp simplifies this by setting solid concentrations to 1, yielding Ksp = [A]^x[B]^y for compounds AxBy.
Q5: What does a negative ΔG value tell you about a dissolution reaction?
A negative ΔG indicates the reaction is spontaneous, meaning the system has sufficient energy to proceed without external input. Gibbs free energy, calculated from ΔG = ΔH – TΔS, reveals whether a dissolution process releases or requires energy. Negative values show the system naturally favors the dissolved state over the undissolved crystalline form.
Q6: How do enthalpy and entropy influence whether a solute dissolves?
Enthalpy measures heat content change; positive ΔH indicates endothermic dissolution (absorbs heat), while negative ΔH indicates exothermic dissolution (releases heat). Entropy measures disorder; dissolution increases solute disorder but orders solvent molecules around it. Together, these properties determine whether the system prefers the ordered crystalline state or the disordered dissolved state.
Q7: Why does sodium chloride dissolve differently in various solvents?
Solubility varies by solvent because different solvents have different polarities and solvation capabilities. Sodium chloride has a solubility of 36 g per 100 mL in water, but only 1.1 g per 100 mL in methanol and 0.034 g per 100 mL in dimethylformamide. Polar ionic compounds dissolve best in polar solvents that can effectively solvate the dissociated ions.