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.

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

Na ilustracji znajdują się trzy żółte cząsteczki ROH dodać trzy niebieskie cząsteczki wody, co daje jedną cząsteczkę ROH i dwie cząsteczki wody.

Ciekawostka

RxfL70Sbbzudy1

Na zdjęciu brązowy kamień. W niektórych miejscach jest gładki, w innych porowaty.

Proces rozpuszczania 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.

Rozpuszczalniki podzielić można:

• ze względu na budowę cząsteczek na:

  • ciecze polarne, w których rozpuszczają się cząsteczki dipolowe oraz związki jonowe;

  • ciecze niepolarne, rozpuszczające cząsteczki, które nie są dipolami.

• ze względu na własności chemiczne na:

  • protonowe (protyczne) – zawierające w swojej strukturze tzw. kwaśne protony, które mogą ulec oderwaniu przez cząsteczkę zasady, a także brać udział w tworzeniu wiązań wodorowych;

  • aprotonowe (aprotyczne) – w strukturze nie posiadające „kwaśnych” protonów.

Reasumując, wszystkie rozpuszczalniki protonowe są też polarne, natomiast aprotonowe mogą być zarówno polarne, jak i niepolarne. Co ostatecznie daje trzy główne grupy rozpuszczalników:

• protonowe,

• aprotonowe polarne,

• aprotonowe niepolarne.

Rozpuszczalniki polarne

Najbardziej popularnym i najczęściej stosowanym rozpuszczalnikiem jest woda. Cechuje ją mała lepkość, dzięki czemu łatwo penetruje rozpuszczaną substancję oraz stosunkowo niska temperatura wrzenia (około $100°\mathrm{C}$), dzięki czemu można ją łatwo oddestylować bądź odparować z roztworu. Cząsteczka wody ma tę niezwykłą właściwość, że na skutek jej działania, wiązania spolaryzowane lub jonowe innych związków chemicznych ulegają rozerwaniu i substancja rozpada się (dysocjuje) na jony. Wynika to z faktu, że w cząsteczce wody występują wiązania kowalencyjne (atomowe) spolaryzowane (różnica elektroujemności pomiędzy tlenem a wodorem wynosi $∆E=\mathrm{3,5}-\mathrm{2,1}=\mathrm{1,4}$). Bardziej elektroujemny atom (tlen) stanowi biegun ujemny, a mniej elektroujemny (wodór) biegun dodatni. Cząsteczka wody posiada zatem dwa bieguny (dodatni i ujemny) i o takiej cząsteczce mówimy, że jest dipolem.

Podstawową regułą rządząca zjawiskiem rozpuszczania jest reguła stwierdzająca, że podobne rozpuszcza się (miesza się) w podobnym (łac. „similia similibus solventur”). Przez „podobne” rozumiemy tu przede wszystkim polarność cząsteczek mieszających się w roztworze.

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.

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.

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 nienasyconym nazywamy taki, w którym można rozpuścić dodatkową ilość danej substancji.

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 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);

Rozpuszczalność to liczba gramów danej substancji niezbędna do nasycenia 100 g rozpuszczalnika w danej temperaturze.

Poniższa tabela przedstawia rozpuszczalność wybranych substancji w 100 g wody i w temperaturze 25ºC.