การละลายได้ — กฎ กราฟ และปัจจัยที่มีผล

การละลายได้คือปริมาณสูงสุดของตัวถูกละลายที่สามารถคงอยู่ในตัวทำละลายได้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ในโจทย์เคมี โดยทั่วไปหมายความว่าคุณต้องรู้ว่าตัวทำละลายคืออะไร อุณหภูมิเท่าไร และสำหรับแก๊สบางกรณีอาจต้องรู้ความดันด้วย

ถ้าคุณต้องการคำอธิบายแบบสั้นที่สุด นี่คือใจความสำคัญ: การละลายได้ไม่เหมือนกับอัตราการละลาย มันคือขีดจำกัดที่สมดุลของปริมาณสารที่ยังคงละลายอยู่ได้หลังจากระบบเข้าสู่สภาวะคงตัว

การละลายได้ในทางเคมีหมายถึงอะไร

เมื่อเติมตัวถูกละลายในปริมาณเล็กน้อยลงในตัวทำละลาย มันอาจละลายหมดได้ เมื่อเติมเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ สารละลายจะไปถึงจุดที่การละลายและการกลับมารวมตัวเป็นของแข็งเกิดขึ้นสมดุลกัน ณ จุดนั้น สารละลายจะเป็นสารละลายอิ่มตัว

นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมการละลายได้จึงเป็นแนวคิดเรื่องสมดุล ถ้าตารางบอกว่าเกลือชนิดหนึ่งมีการละลายได้ $36\ \mathrm{g}$ ต่อ $100\ \mathrm{g}$ ของน้ำที่อุณหภูมิหนึ่ง ก็หมายความว่าภายใต้เงื่อนไขนั้นจะมีสารละลายอยู่ได้ประมาณเท่านั้นเมื่อถึงสมดุล

มีคำที่เกี่ยวข้อง 3 คำที่ช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้น:

• สารละลายไม่อิ่มตัวยังสามารถละลายตัวถูกละลายเพิ่มได้อีก
• สารละลายอิ่มตัวถึงขีดจำกัดสมดุลภายใต้เงื่อนไขนั้นแล้ว
• สารละลายอิ่มตัวยิ่งยวดมีตัวถูกละลายอยู่มากกว่าปริมาณสมดุลปกติ และโดยทั่วไปไม่เสถียร

กฎการละลายได้: จริง ๆ แล้วช่วยทำนายอะไร

ในเคมีพื้นฐาน คำว่ากฎการละลายได้มักหมายถึงรูปแบบลัดสำหรับสารประกอบไอออนิกในน้ำ กฎเหล่านี้ช่วยให้ทำนายได้ว่าสารประกอบหนึ่งโดยทั่วไปละลายได้หรือไม่ หรือมีแนวโน้มจะเกิดตะกอนหรือไม่

วิธีใช้ที่ปลอดภัยคือใช้เป็นการพิจารณาเบื้องต้น ไม่ใช่กฎสากลที่ใช้ได้ทุกกรณี ตัวอย่างเช่น เกลือไนเตรตโดยทั่วไปละลายได้ดีในน้ำ ดังนั้นคาดว่า $\mathrm{NaNO_3}$ จะละลายได้ง่าย ในทางตรงกันข้าม สารประกอบไอออนิกบางชนิด เช่น $\mathrm{AgCl}$ ละลายได้น้อย จึงมักถือว่าเป็นตะกอนในโจทย์ระดับต้น

วลี "สารคล้ายกันย่อมละลายกันได้" เป็นกฎคร่าว ๆ อีกแบบหนึ่งที่ใช้เลือกตัวทำละลาย สารมีขั้วและสารไอออนิกมักละลายได้ดีกว่าในตัวทำละลายมีขั้ว เช่น น้ำ ขณะที่สารไม่มีขั้วจำนวนมากมักละลายได้ดีกว่าในตัวทำละลายไม่มีขั้ว

วิธีอ่านกราฟการละลายได้

กราฟการละลายได้แสดงว่าการละลายได้ของสารเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน แกนตั้งมักเป็นปริมาณตัวถูกละลายที่ละลายได้ในตัวทำละลายปริมาณคงที่ และแกนนอนคืออุณหภูมิ

ถ้าจุดหนึ่งอยู่บนกราฟ แสดงว่าสารละลายอิ่มตัวที่อุณหภูมินั้น ถ้าอยู่ต่ำกว่ากราฟ แสดงว่าเป็นสารละลายไม่อิ่มตัว ถ้าอยู่สูงกว่ากราฟ แสดงว่าปริมาณที่ระบุสูงกว่าขีดจำกัดการอิ่มตัวปกติภายใต้เงื่อนไขนั้น

อย่าสรุปรูปร่างของกราฟแบบเหมารวม ตัวถูกละลายที่เป็นของแข็งจำนวนมากจะละลายได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แต่ไม่ใช่ทุกชนิด ส่วนการละลายได้ของแก๊สในน้ำมักมีแนวโน้มตรงกันข้ามกับอุณหภูมิ

ตัวอย่างทำโจทย์: ใช้ค่าจากกราฟการละลายได้

สมมติว่ากราฟการละลายได้แสดงว่าเกลือชนิดหนึ่งละลายได้สูงสุด $36\ \mathrm{g}$ ต่อ $100\ \mathrm{g}$ ของน้ำที่ $25^\circ\mathrm{C}$

ตอนนี้เติมเกลือนั้น $40\ \mathrm{g}$ ลงในน้ำ $100\ \mathrm{g}$ แล้วรอให้ถึงสมดุลที่อุณหภูมิเดิม

ภายใต้เงื่อนไขนั้น จะมีเกลือประมาณ $36\ \mathrm{g}$ ที่ยังคงละลายอยู่ได้ ส่วนที่เหลือ $4\ \mathrm{g}$ จะไม่ละลาย

ตัวอย่างเดียวนี้ให้ทักษะหลักในการอ่านกราฟการละลายได้:

• อ่านปริมาณสูงสุดที่ละลายได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด
• เปรียบเทียบกับปริมาณที่เติมจริง
• ถือว่าตัวถูกละลายส่วนเกินเป็นส่วนที่ไม่ละลายเมื่อถึงสมดุล

การละลายได้คือขีดจำกัดความสามารถในการรองรับภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ไม่ใช่การรับประกันว่าสารทุกกรัมที่เติมลงไปจะหายไปหมด

ปัจจัยที่ทำให้การละลายได้เปลี่ยนไป

อุณหภูมิ

สำหรับตัวถูกละลายที่เป็นของแข็งจำนวนมากในน้ำ การละลายได้จะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เรื่องนี้พบได้บ่อย แต่ไม่ใช่ทุกกรณี

สำหรับแก๊สที่ละลายในของเหลว การละลายได้มักลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ตัวอย่างที่คุ้นเคยคือเครื่องดื่มอัดลมอุ่น ๆ จะสูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ได้ง่ายขึ้น

ความดัน

ความดันมีผลชัดเจนที่สุดต่อแก๊สที่ละลายในของเหลว ความดันที่สูงขึ้นเหนือผิวของเหลวมักทำให้แก๊สละลายได้มากขึ้น สำหรับของแข็งและของเหลว การเปลี่ยนแปลงความดันในระดับทั่วไปมักมีผลน้อยกว่ามาก

ธรรมชาติของตัวถูกละลายและตัวทำละลาย

แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมีความสำคัญ ตัวทำละลายจะละลายตัวถูกละลายได้ง่ายขึ้นเมื่อแรงยึดเหนี่ยวใหม่ระหว่างตัวถูกละลายกับตัวทำละลายเอื้ออำนวยมากพอที่จะแข่งขันกับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างตัวถูกละลายด้วยกันเองและตัวทำละลายด้วยกันเอง

นี่คือคำอธิบายที่แม่นยำกว่าของวลี "สารคล้ายกันย่อมละลายกันได้"

สภาพแวดล้อมทางเคมี

การเปลี่ยนแปลงของการละลายได้บางอย่างขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่เกิดในสารละลาย ตัวอย่างเช่น การละลายได้ของสารประกอบไอออนิกบางชนิดอาจเปลี่ยนไปเมื่อ pH เปลี่ยน หรือเมื่อมีการเติมไอออนร่วม

ประเด็นนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารโดยเฉพาะ อย่าคิดว่าโจทย์การละลายได้ทุกข้อจำเป็นต้องใช้เหตุผลเรื่อง pH หรือไอออนร่วม

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยเกี่ยวกับการละลายได้

สับสนระหว่างการละลายได้กับอัตราการละลาย

การคน การบดให้ละเอียด หรือการให้ความร้อน มักทำให้สารละลายได้เร็วขึ้น แต่การละลายเร็วขึ้นไม่เหมือนกับมีค่าการละลายได้สุดท้ายมากขึ้นภายใต้เงื่อนไขเดิม

ลืมอุณหภูมิหรือความดัน

ค่าการละลายได้ที่ไม่มีการระบุอุณหภูมิ และบางครั้งไม่มีความดัน ถือว่ายังไม่สมบูรณ์

คิดว่าของแข็งทุกชนิดละลายได้มากขึ้นเมื่อให้ความร้อน

ของแข็งหลายชนิดละลายได้มากขึ้นในน้ำอุ่น แต่บางชนิดไม่เป็นเช่นนั้น การดูกราฟหรือข้อมูลจากตารางปลอดภัยกว่าการใช้กฎเหมารวม

ใช้กฎเรื่องความดันกับระบบที่ไม่ถูกต้อง

ความดันสำคัญเป็นพิเศษสำหรับแก๊สในของเหลว โดยทั่วไปแล้วมันไม่ใช่ปัจจัยหลักสำหรับการละลายได้ของตัวถูกละลายที่เป็นของแข็งทั่วไป

การละลายได้ถูกนำไปใช้ที่ไหน

การละลายได้มีความสำคัญในด้านเภสัชกรรม การบำบัดน้ำ ธรณีวิทยา เคมีสิ่งแวดล้อม วิทยาศาสตร์การอาหาร และการเตรียมสารละลายในห้องปฏิบัติการ มันช่วยทำนายการเกิดตะกอน ช่วยเลือกตัวทำละลาย และช่วยตัดสินว่าส่วนผสมจะคงความเป็นเนื้อเดียวกันหรือแยกชั้น

มันยังสำคัญในชีวิตประจำวันด้วย เช่น ทำไมน้ำตาลจึงละลายในเครื่องดื่มร้อนและเย็นได้ต่างกัน ทำไมเครื่องดื่มอัดลมจึงซ่าน้อยลงหลังเปิดขวด และทำไมส่วนผสมบางอย่างจึงขุ่นเมื่อเงื่อนไขเปลี่ยนไป

ลองทำโจทย์การละลายได้ที่คล้ายกัน

เมื่อเจอโจทย์เรื่องการละลายได้ ให้ถาม 4 อย่างตามลำดับ: ตัวถูกละลายคืออะไร ตัวทำละลายคืออะไร อุณหภูมิที่กำหนดไว้เท่าไร และความดันมีผลหรือไม่ รายการตรวจสอบสั้น ๆ นี้ช่วยป้องกันข้อผิดพลาดส่วนใหญ่ได้ก่อนเริ่มคำนวณ

ลองฝึกด้วยกราฟการละลายได้ของคุณเอง: เลือกอุณหภูมิหนึ่งค่า อ่านปริมาณสูงสุดที่ละลายได้ แล้วตัดสินว่าตัวอย่างนั้นเป็นสารละลายไม่อิ่มตัว อิ่มตัว หรือสูงกว่าขีดจำกัดปกติ