Przeczytaj

bg‑cyan

Rozpuszczalność

RozpuszczalnośćrozpuszczalnośćRozpuszczalność 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.

Za substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie przyjmuje się te substancje, których rozpuszczalność wynosi ponad $1 g$ na $100 g$ rozpuszczalnika (wody). Substancje, których rozpuszczalność wynosi mniej niż $0,1 g$ w $100 g$ wody uznaje się za praktycznie nierozpuszczalne.

Rozpuszczalność soli zależy od:

rodzaju rozpuszczalnika,
temperatury (rozpuszczalność większości ciał stałych rośnie wraz ze wzrostem temperatury),
stanu rozdrobnienia soli,
bodźców mechanicznych, tj. mieszanie przy rozpuszczaniu.

Roztwór nasycony czy nienasycony?

Roztworem nasyconymroztwór nasyconyRoztworem nasyconym nazywamy roztwór, w którym nie można już rozpuścić więcej substancji, a jej nadmiar znajduje się w stanie równowagi dynamicznej z roztworem. Analogicznie, roztworem nienasyconymroztwór nienasyconyroztworem nienasyconym nazywamy taki, w którym można rozpuścić dodatkową ilość danej substancji.

R1I0gNhgPCmdk

Ilustracja przedstawiająca podział roztworów właściwych. Roztwór właściwy to mieszanina jednorodna, składająca się z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, której cząstki mają rozmiary mniejsze od jednego nanometra (<math aria‑label="dziesięć do potęgi minus dziewiątej metra">10-9 m). Roztwory właściwe dzielą się na roztwory nasycone i nienasycone. Roztwór nasycony zawiera maksymalną ilość substancji, jaka może się rozpuścić w określonej masie rozpuszczalnika w danej temperaturze. Z kolei roztwór nienasycony nie zawiera maksymalnej ilości substancji, jak może się rozpuścić w określonej masie rozpuszczalnika w danej temperaturze. Od roztworu nasyconego i nienasyconego poprowadzono strzałki do roztworu stężonego. Od roztworu nienasyconego dodatkowo poprowadzono strzałkę do roztworu rozcieńczonego. — Podział roztworów właściwych
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Krzywe rozpuszczalności

Wykres przedstawiający zależność rozpuszczalności danej substancji od temperatury nazywa się krzywą rozpuszczalności.

Wzrost rozpuszczalności soli w wodzie wraz ze wzrostem temperatury dotyczy soli dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Wzrost ten jest różny dla różnych soli. Jedne mają duży wzrost (np. azotan( $V$ ) potasu), a inne mały (np. chlorek sodu).

RiWXPjyhXpNuE1

Na ilustracji są krzywe rozpuszczalności wybranych soli. Wykres zależności temperatury na osi X od rozpuszczalności (gram na 100 gramów wody) na osi Y. Na osi X są wartości od zera do stu. Na osi Y są wartości od zera do stu. Krzywa chloranu potasu biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i wartości cztery gramy na 100 gramów wody na osi Y do wartości sto stopni Celsjusza na osi X i 58 gramów na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa dichromianu potasu biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i trzy gramy na 100 gramów wody na osi Y do wartości sto stopni Celsjusza na osi X i wartości 80 gramów na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa azotanu potasu biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i wartości 13 gramów na 100 gramów wody na osi Y do wartości 53 stopnie Celsjusza na osi X i sto gramów na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa chlorku potasu biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i 28 gramów na 100 gramów wody na osi Y do wartości sto stopni Celsjusza na osi X i 58 gramów na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa chlorku sodu biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i 33 gramy na 100 gramów wody na osi Y do wartości sto stopni Celsjusza na osi X i 40 gramów na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa azotanu ołowiu(<math aria‑label="dwa">II) biegnie od zera stopni Celsjusza na osi X i 38 gramów na 100 gramów wody na osi Y do wartości 64 stopnie Celsjusza na osi X i sto gramów na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa chlorku wapnia biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i 58 gramów na 100 gramów wody na osi Y do wartości 28 stopni Celsjusza na osi X i sto gramów na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa azotanu sodu biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i 73 gramy na 100 gramów wody na osi Y do wartości 35 stopni Celsjusza na osi X i sto gramy na 100 gramów wody na osi Y.X — Krzywe rozpuszczalności wybranych soli
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Jednak niektóre sole o małej rozpuszczalności w wodzie wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczają się coraz gorzej. Przykładem takiej soli jest węglan litu.

RXbNgUVx39hIK

Na ilustracji są krzywe rozpuszczalności dla chlorku ołowiu(<math aria‑label="dwa">II) i węglanu litu. Wykres zależności temperatury na osi X od rozpuszczalności (gram na 100 gramów wody) na osi Y. Na osi X są wartości od zera do stu. Na osi Y są wartości od zera do trzy i pół. Krzywa chlorku ołowiu(<math aria‑label="dwa">II) biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i wartości około siedem dziesiątych grama na 100 gramów wody na osi Y do wartości sto stopni Celsjusza na osi X i około trzy i trzy dziesiąte grama na 100 gramów wody na osi Y. Krzywa węglanu litu biegnie od wartości zero stopni Celsjusza na osi X i około jeden i sześć dziesiątych grama na 100 gramów wody na osi Y do wartości sto stopni Celsjusza na osi X i wartości siedemdziesiąt pięć setnych grama na 100 gramów wody na osi Y. — Krzywe rozpuszczalności dla chlorku ołowiu(<math aria‑label="dwa">II) i węglanu litu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑cyan

Czy wszystkie sole są rozpuszczalne w wodzie?

Ważne!

Pomocna w ocenie rozpuszczalnościrozpuszczalnośćrozpuszczalności soli w wodzie jest tabela rozpuszczalności. Znajdują się w niej informacje dotyczące tego, czy sól jest dobrzesubstancja rozpuszczalnadobrze, trudnosubstancja trudno rozpuszczalnatrudno czy praktycznie nierozpuszczalnasubstancja praktycznie nierozpuszczalnapraktycznie nierozpuszczalna w wodzie.

RY1jxQ9XFawR91

Tabela rozpuszczalności soli i wodorotlenków w wodzie w temperaturze dwudziestu pięciu stopni Celsjusza. Z tabeli można odczytać, które substancje są dobrze rozpuszczalne w wodzie, co symbolizuje pusta komórka, praktycznie nierozpuszczalne w wodzie, co symbolizuje litera N, trudno rozpuszczalne w wodzie, osad wytrąca się przy odpowiednim stężeniu roztworu, co symbolizuje litera T, substancje rozkładające się lub takie, dla których substancja chemiczna nie została otrzymana, co symbolizuje znak minusa. Ponadto zaznaczono kolory otrzymywanych osadów. Aniony wypisane w kolumnie: wodorotlenkowy, chlorkowy, bromkowy, jodkowy, siarczkowy, azotanowy(<math aria‑label="pięć">V), siarczanowy(<math aria‑label="cztery">IV), siarczanowy(<math aria‑label="sześć">VI), węglanowy, krzemianowy, fosforanowy(<math aria‑label="pięć">V), chromianowy(<math aria‑label="sześć">VI), octanowy. Kationy wypisane w wierszu: amonu, potasu, magnezu, wapnia, baru, ołowiu, srebra, miedzi, cyny, glinu, cynku, żelaza(<math aria‑label="dwa">II), żelaza (<math aria‑label="trzy">III), manganu, kobaltu. Wszystkie sole amonowe oraz wodorotlenki: amonowe, sodowe, potasowe oraz azotany(<math aria‑label="pięć">V) są rozpuszczalne w wodzie, oprócz krzemianu amonowego, który to oznaczono znakiem minus. Dla magnezu do nierozpuszczalnych należą białe: wodorotlenek magnezu, węglan magnezu, krzemian magnezu, fosforan(<math aria‑label="pięć">V) magnezu. Pozostałe sole magnezu zawarte w tabeli są rozpuszczalne. Dla wapnia do nierozpuszczalnych należą białe: siarczan(<math aria‑label="cztery">IV) wapnia, węglan wapnia, krzemian wapnia i fosforan(<math aria‑label="pięć">V) wapnia. Do trudno rozpuszczalnych należą białe: wodorotlenek wapnia, siarczek wapnia, siarczan(<math aria‑label="sześć">VI) wapnia oraz żółty chromian(<math aria‑label="sześć">VI) wapnia. Pozostałe sole wapnia są rozpuszczalne. Dla baru jako nierozpuszczalne i białe należą: siarczan(<math aria‑label="cztery">IV) baru, siarczan(<math aria‑label="sześć">VI) baru, węglan baru, krzemian baru oraz fosforan(<math aria‑label="pięć">V) baru, a także żółty chromian(<math aria‑label="sześć">VI) baru. Pozostałe są rozpuszczalne. Dalej oznaczono nierozpuszczalne i białe związki ołowiu: wodorotlenek ołowiu, siarczan(<math aria‑label="cztery">IV) ołowiu oraz siarczan(<math aria‑label="sześć">VI) ołowiu, węglan ołowiu, krzemian ołowiu oraz fosforan(<math aria‑label="pięć">V) ołowiu, a także czarny siarczek ołowiu oraz żółte sole: jodek ołowiu i chromian(<math aria‑label="sześć">VI) ołowiu. Do trudno rozpuszczalnych i białych związków ołowiu zaliczono chlorek ołowiu oraz bromek ołowiu. Pozostałe sole są dobrze rozpuszczalne. Dla srebra do nierozpuszczalnych zaliczono brązowy chromian(<math aria‑label="sześć">VI) srebra, białe sole: chlorek i siarczan(<math aria‑label="cztery">IV) srebra, żółtawe sole: bromek srebra, jodek srebra, węglan srebra, krzemian srebra, żółty fosforan(<math aria‑label="pięć">V) srebra, a także czarny siarczek srebra. Do trudno rozpuszczalnych soli srebra należą: biały siarczan(<math aria‑label="sześć">VI) srebra. Pozostałe sole są dobrze rozpuszczalne. Komórka z wodorotlenkiem srebra posiada znak minus. Dla miedzi do nierozpuszczalnych zaliczono niebieskie: wodorotlenek miedzi, krzemian miedzi oraz fosforan(<math aria‑label="pięć">V) miedzi, czarny siarczek miedzi oraz brązowy chromian(<math aria‑label="sześć">VI) miedzi. Pozostałe sole miedzi są rozpuszczalne, z wyjątkiem jodku miedzi, węglanu miedzi oraz siarczanu(<math aria‑label="cztery">IV) miedzi, które posiadają znak minus. Dla cyny na drugim stopniu utlenienia do nierozpuszczalnych zaliczono białe: wodorotlenek cyny, krzemian cyny oraz fosforan(<math aria‑label="pięć">V) cyny, brązowo‑żółty siarczek cyny i brązowy chromian(<math aria‑label="sześć">VI) cyny. Pozostałe są dobrze rozpuszczalne, z wyjątkiem siarczanu(<math aria‑label="cztery">IV) cyny oraz węglanu cyny, które oznaczono znakiem minus. Dla glinu do nierozpuszczalnych i białych zaliczono: wodorotlenek glinu, krzemian glinu, fosforan(<math aria‑label="pięć">V) glinu oraz pomarańczowy chromian(<math aria‑label="sześć">VI) glinu. Pozostałe sole są dobrze rozpuszczalne z wyjątkiem oznaczonych znakiem minus: siarczku, siarczanu(<math aria‑label="cztery">IV) i węglanu(<math aria‑label="cztery">IV). Dla cynku na drugim stopniu utlenienia do nierozpuszczalnych zaliczono białe: wodorotlenek cynku, siarczek cynku, węglan cynku, krzemian cynku, fosforan(<math aria‑label="pięć">V) cynku. Do trudno rozpuszczalnych związków cynku zalicza się biały siarczan(<math aria‑label="cztery">IV) cynku, a także żółty chromian(<math aria‑label="sześć">VI) cynku. Pozostałe związki cynku są rozpuszczalne. Dla żelaza na drugim stopniu utlenienia do nierozpuszczalnych zaliczono jasnozielone: wodorotlenek żelaza(<math aria‑label="dwa">II), węglan żelaza(<math aria‑label="dwa">II), krzemian żelaza(<math aria‑label="dwa">II), a także czarny siarczek żelaza(<math aria‑label="dwa">II), zielony siarczan żelaza(<math aria‑label="dwa">II) i niebieski fosforan(<math aria‑label="pięć">V) żelaza(<math aria‑label="dwa">II). Pozostałe sole żelaza(<math aria‑label="dwa">II) są dobrze rozpuszczalne, z wyjątkiem chromianu(<math aria‑label="sześć">VI) żelaza(<math aria‑label="dwa">II), który posiada symbol minusa. Dla żelaza na trzecim stopniu utlenienia do nierozpuszczalnych zaliczono: brązowy wodorotlenek żelaza(<math aria‑label="trzy">III), czarny siarczek żelaza(<math aria‑label="trzy">III), żółte krzemian żelaza(<math aria‑label="trzy">III) i fosforan(<math aria‑label="pięć">V) żelaza(<math aria‑label="trzy">III), a także pomarańczowy chromian(<math aria‑label="sześć">VI) żelaza(<math aria‑label="trzy">III). Pozostałe sole są rozpuszczalne, z wyjątkiem jodku żelaza(<math aria‑label="trzy">III), siarczanu(<math aria‑label="cztery">IV) żelaza(<math aria‑label="trzy">III) oraz węglanu żelaza(<math aria‑label="trzy">III), które posiadają symbol minusa. Dla manganu na drugim stopniu utlenienia wśród nierozpuszczalnych wyróżnia się białe: wodorotlenek manganu(<math aria‑label="dwa">II), siarczan(<math aria‑label="cztery">IV) manganu(<math aria‑label="dwa">II), węglan manganu(<math aria‑label="dwa">II), różowe: siarczek manganu(<math aria‑label="dwa">II) i fosforan(<math aria‑label="pięć">V) manganu(<math aria‑label="dwa">II), czerwony krzemian manganu(<math aria‑label="dwa">II), brązowy chromian(<math aria‑label="sześć">VI) manganu(<math aria‑label="dwa">II). Pozostałe sole są dobrze rozpuszczalne. Dla kobaltu na drugim stopniu utlenienia wśród nierozpuszczalnych wyróżnia się: różowy wodorotlenek kobaltu(<math aria‑label="dwa">II), czarny siarczek kobaltu(<math aria‑label="dwa">II), czerwony siarczan(<math aria‑label="cztery">IV) kobaltu(<math aria‑label="dwa">II), jasnoróżowy węglan kobaltu(<math aria‑label="dwa">II), fioletowe: krzemian kobaltu(<math aria‑label="dwa">II) i fosforan(<math aria‑label="pięć">V) kobaltu(<math aria‑label="dwa">II), a także brązowy chromian(<math aria‑label="sześć">VI) kobaltu(<math aria‑label="dwa">II). Pozostałe sole są dobrze rozpuszczalne. — Rozpuszczalność soli i wodorotlenków w wodzie w temperaturze <math aria‑label="dwudziestu pięciu stopni Celsjusza">25°C
Źródło: GroMar Sp. z o.o., rozpuszczalność na podstawie: Mizerski W., *Tablice chemiczne*, Warszawa 2004; kolory osadów na podstawie: White W. E., *A Table of solubilities and colors of precipitates for use in a course in qualitative analysis*, „J. Chem. Educ” 1931., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

Na podstawie zgromadzonego sprzętu oraz materiału badawczego zaprojektuj i wykonaj doświadczenie w laboratorium chemicznym, w którym zbadasz rozpuszczalność różnych soli w wodzie oraz wpływ temperatury na ten proces. Zaproponuj problem/problemy badawcze oraz hipotezę/hipotezy. Następnie rozwiąż problem badawczy i zweryfikuj hipotezę. W formularzu zapisz swoje obserwacje i wyniki, a następnie sformułuj wnioski.

Ważne!

Eksperymenty wykonuj w okularach ochronnych. Przed przystąpieniem do doświadczenia zapoznaj się z kartami charakterystyk substancji wykorzystywanych w doświadczeniu.

RzzsxZPR9dVD3

Na podstawie zgromadzonego sprzętu oraz materiału badawczego zaprojektuj doświadczenie w laboratorium chemicznym, w którym można zbadać rozpuszczalność różnych soli w wodzie oraz wpływ temperatury na ten proces. Zaproponuj problem/problemy badawcze oraz hipotezę/hipotezy. Następnie, korzystając z tabeli rozpuszczalności, rozwiąż problem badawczy i zweryfikuj hipotezę. W formularzu zapisz swoje obserwacje i wyniki, a następnie sformułuj wnioski.

Odczynniki:

fosforan( $V$ ) magnezu – ${Mg}_{3} {({PO}_{4})}_{2}$
fosforan( $V$ ) amonu – ${({NH}_{4})}_{3} {PO}_{4}$
fosforan( $V$ ) wapnia – ${Ca}_{3} {({PO}_{4})}_{2}$
chlorek amonu – ${NH}_{4} Cl$
azotan( $V$ ) wapnia – $Ca {({NO}_{3})}_{2}$
azotan( $V$ ) potasu – ${KNO}_{3}$
woda destylowana

Sprzęt laboratoryjny:

probówki;
statyw na probówki;
palnik;
zapałki;
łyżeczka;
łapa do probówek.

RsKfcs0HLqMVq

Wykonanie doświadczenia

Do każdej probówki wlej po $5 {cm}^{3}$ wody destylowanej.
Kolejno do każdej probówki wsyp po około $1 / 3$ łyżeczki danej soli, wymieszaj jej zawartość i obserwuj zachodzące zmiany.
Probówki z solą nierozpuszczoną podgrzewaj w płomieniu palnika i obserwuj zachodzące zmiany.
Do probówki z ${KNO}_{3}$ dosypuj niewielkie ilości tej soli, aż do momentu, gdy sól przestanie się rozpuszczać i za każdym razem mieszaj zawartość probówki.

Tą samą probówkę z ${KNO}_{3}$ umieść w płomieniu palnika i obserwuj zachodzące zmiany. Dosyp kolejno dwie porcje tej soli i za każdym razem po dosypaniu podgrzewaj w płomieniu palnika. Obserwuj zachodzące zmiany.
Tą samą probówkę z ${KNO}_{3}$ umieść w zlewce z zimną wodą. Obserwuj zachodzące zmiany.

Obserwacje

Zwróć uwagę na efekt cieplny, jaki towarzyszy rozpuszczaniu soli w wodzie na zimno i na gorąco.

Sprawdź, czy Twoje obserwacje, wyniki i wnioski są podobne do poniższych.

Problem badawczy:

Czy wszystkie sole rozpuszczają się w wodzie?

Hipoteza:

Wszystkie spośród badanych substancji rozpuszczają się w wodzie.

Obserwacje:

Podczas rozpuszczania soli probówki stają się zimne. W wodzie nie rozpuszczają się ani na zimno, ani po podgrzaniu probówki następujące sole:

fosforan( $V$ ) magnezu
fosforan( $V$ ) wapnia.

Pozostałe sole rozpuszczają się całkowicie na zimno lub po podgrzaniu.

Wnioski:

Nie wszystkie sole rozpuszczają się w wodzie. Hipoteza nie została potwierdzona. Do soli dobrze rozpuszczalnych zalicza się:

fosforan( $V$ ) amonu;
chlorek amonu;
azotan( $V$ ) wapnia;
azotan( $V$ ) potasu.

Wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalność powyższych soli rośnie. Sole nierozpuszczalne w wodzie:

fosforan( $V$ ) magnezu;
fosforan( $V$ ) wapnia.

Sole zawierające ten sam anion reszty kwasowej różnią się rozpuszczalnością, np. fosforan( $V$ ) magnezu oraz fosforan( $V$ ) wapnia są nierozpuszczalne, natomiast fosforan( $V$ ) amonu rozpuszcza się w wodzie.

Polecenie 2

R1FGtbbif2rpE

R172QLt8B5TEc

Słownik

roztwór nasycony

roztwór, który w danej temperaturze zawiera maksymalną ilość substancji rozpuszczonej, a dodana do niej kolejna porcja substancji nie ulega rozpuszczeniu

roztwór nienasycony

roztwór, w którym można rozpuścić dodatkową ilość danej substancji

roztwór przesycony

roztwór o większej zawartości substancji rozpuszczonej względem roztworu nasyconego

rozpuszczalność

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

substancja rozpuszczalna

jej rozpuszczalność w wodzie jest większa niż $1 \frac{g}{100 g wody}$

substancja trudno rozpuszczalna

jej rozpuszczalność w wodzie mieści się w granicach $0,1$ – $1 \frac{g}{100 g wody}$

substancja praktycznie nierozpuszczalna

jej rozpuszczalność w wodzie leży powyżej $0,1 \frac{g}{100 g wody}$

Bibliografia

Błażewicz A., Chemia analityczna: podręcznik dla studentów. 2, Analiza instrumentalna, pod red. Ryszarda Kocjana, Warszawa 2002.

Encyklopedia PWN

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

Scherer H. W., Nawozy, w: Encyklopedia chemii przemysłowej Ullmanna, Weinheim 2000.

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna