Rozpuszczalność

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 K_c. 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.