Độ hòa tan | Khái niệm hoá học

1. Độ hòa tan (độ tan)

Qúa trình hòa tan có liên quan chặt chẽ với sự khuếch tán. Khi bỏ một chất rắn vào nước chẳng hạn, các phân tử nước tương tác với bề mặt chất rắn làm cho các phân tử hay ion trên lớp bề mặt đó tách rời khỏi bề mặt chất rắn và khuếch tán vào khắp thể tích nước. Tiếp đó lớp bề mặt mới của chất rắn lại tiếp tục tan vào dung dịch. Qúa trình tan cứ thế tiếp diễn song song với quá trình tan có một quá trình ngược lại xảy ra: các hạt chất tan trong khi chuyển động hỗn loạn trong dung môi nếu va chạm vào bề mặt chất rắn có thể bị chất rắn giữ lại trên đó và tạo thành một lớp mới đó là quá trình kết tinh. Lúc đầu quá trình kết tinh xảy ra yếu, khi nồng độ chất tan trong dung dịch càng lớn thì quá trình kết tinh càng mạnh. Tới một lúc, quá trình hòa tan và quá trình kết tinh đạt trạng thái cân bằng: trong một đơn vị thời gian, lượng chất chuyển vào dung dịch bằng lượng chất từ dung dịch chuyển vào pha rắn.

Dung dịch ứng với trạng thái này được gọi là dung dịch bão hòa.

Ví dụ: khi thêm muối ăn vào 100g nước ở 20^oC lượng muối hòa tan tối đa chỉ có thể là 36g. Dung dịch thu được là dung dịch bão hòa muối ăn ở 20^oC. Dung dịch có lượng chất tan thấp hơn lượng chất tan chứa trong dung dịch bão hòa được gọi là dung dịch chưa bão hòa.

Độ tan của hầu hết chất rắn tăng khi nhiệt độ tăng. Người ta ứng dụng tính chất này để tinh chế nhiều chất rắn bằng cách kết tinh lại. Khi hạ nhiệt độ dung dịch bão hòa ở nhiệt độ cao, trong đa số trường hợp. lượng dư chất tan sẽ kết tinh. Ngược lại, khi làm nguội cẩn thận dung dịch bão hòa của một số chất như CH₃COOONa, Na₂S₂O₃,... lượng chất tan có dư không kết tinh ngay, các dung dịch như thế gọi là quá bão hòa. Dung dịch bão hòa là một hệ bền: dung dịch có thể tồn tại bao lâu tùy ý mà nồng độ vẫn không đổi (miễn là nhiệt độ và áp suất của hệ được duy trì không đổi). Dung dịch quá bão hòa là một hệ không bền, chỉ cần khuấy trộn dung dịch hoặc thêm một vài tinh thể nhỏ chất tan vào thì lượng chất tan có dư bắt đầu kết tinh lại (pha rắn xuất hiện), quá trình này tiếp tục cho đến khi nồng độ của dung dịch đạt nồng độ bão hòa ở nhiệt độ đó.

Nồng độ chất tan trong dung dịch bão hòa ở những điều kiện xác định được gọi là độ tan của chất đó.

Theo định nghĩa, độ tan được biểu thị bằng nồng độ. Ví dụ, ở 25oC dung dịch bão hòa AgCl trong nước có nồng độ 10-6M, có thể biểu thị độ tan của AgCl tại nhiệt độ đã cho bằng giá trị nồng độ này. Trong thực hành, người ta hay biểu thị độ tan bằng số gam chất tan tan được trong 100g dung môi tạo thành dung dịch bão hòa tại nhiệt độ đã cho.

Như vậy, độ tan là đại lượng đặc trưng cho khả năng hòa tan của các chất trong dung môi nào đó.

2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

a. Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Đối với chất rắn: Đa số các chất rắn, khi tăng nhiệt độ thì độ tan tăng.

- Đối với chất lỏng: Khi một chất lỏng tan trong một chất lỏng khác, có ba trường hợp xảy ra

+ Các chất lỏng hòa trộn nhau hoàn toàn, ví dụ rượu etylic tan trong nước theo bất kì tỉ lệ nào

+ Các chất lỏng hòa trộn nhau có mức độ, ví dụ khi trộn anilin với nước, ta được hai lớp có bề mặt phân cách: lớp trên là dung dịch anilin trong nước, lớp dưới là dung dịch nước trong anilin. Khi đun nóng, độ tan của anilin trong nước cũng như độ tan của nước trong anilin đều tăng. Tới 167^oC, anilin và nước trộn lẫn nhau hoàn toàn. Nhiệt độ 167^oC được gọi là nhiệt độ tan tới hạn của anilin và nước

+ Các chất lỏng thực tế không hòa trộn nhau, ví dụ benzen trong nước.

- Đối với chất khí: độ tan của chất khí trong nước giảm khi tăng nhiệt độ

b. Ảnh hưởng của áp suất

Năm 1802, khi đo độ tan của các chất khi trong nước, nhà khoa học Anh William Henry thấy rằng: "Ở nhiệt độ không đổi, độ tan của chất khí tỉ lệ thuận với áp suất khí"

Cùng thời gian đó, khi khảo sát độ tan của các chất khí trong hỗn hợp, Dalton cũng xác định rằng: " độ tan của từng chất khí vào chất lỏng tỉ lệ thuận với áp suất riêng của khí đó".