Độ tan — Quy tắc, Đường cong & Các yếu tố

Độ tan là lượng tối đa của một chất tan có thể tồn tại ở trạng thái hòa tan trong một dung môi dưới những điều kiện xác định. Trong các bài tập hóa học, điều đó thường có nghĩa là bạn cần biết dung môi, nhiệt độ và với chất khí thì đôi khi cần cả áp suất.

Nếu bạn đang tìm bản giải thích ngắn gọn, thì đây là ý chính: độ tan không giống với tốc độ hòa tan. Nó là giới hạn cân bằng của lượng chất có thể còn hòa tan sau khi hệ đã ổn định.

Độ tan có nghĩa là gì trong hóa học

Khi thêm một lượng nhỏ chất tan vào dung môi, nó có thể hòa tan hoàn toàn. Khi tiếp tục thêm nhiều hơn, dung dịch cuối cùng sẽ đạt đến điểm mà quá trình hòa tan và quá trình chất rắn tái tạo lại cân bằng với nhau. Khi đó, dung dịch là bão hòa.

Vì vậy, độ tan là một khái niệm về cân bằng. Nếu một bảng cho biết một muối có độ tan là $36\ \mathrm{g}$ trên $100\ \mathrm{g}$ nước ở một nhiệt độ nhất định, điều đó có nghĩa là xấp xỉ lượng đó có thể còn hòa tan ở trạng thái cân bằng trong những điều kiện ấy.

Ba thuật ngữ liên quan rất hữu ích:

• Dung dịch chưa bão hòa vẫn có thể hòa tan thêm chất tan.
• Dung dịch bão hòa đã đạt đến giới hạn cân bằng trong những điều kiện đó.
• Dung dịch quá bão hòa chứa lượng chất tan hòa tan nhiều hơn mức cân bằng thông thường và thường không bền.

Quy tắc độ tan: Thực sự giúp bạn dự đoán điều gì

Trong hóa học nhập môn, quy tắc độ tan thường là các quy luật tắt cho hợp chất ion trong nước. Chúng giúp bạn dự đoán một hợp chất nhìn chung có tan hay không, hoặc liệu có khả năng tạo kết tủa hay không.

Một cách an toàn để dùng chúng là xem như bước nhận định ban đầu, không phải định luật đúng cho mọi trường hợp. Ví dụ, các muối nitrat nhìn chung tan trong nước, nên $\mathrm{NaNO_3}$ được dự đoán là hòa tan dễ dàng. Ngược lại, một số hợp chất ion như $\mathrm{AgCl}$ chỉ tan rất ít, vì thế chúng thường được xem là kết tủa trong các bài tập nhập môn.

"Cái giống hòa tan cái giống" là một quy tắc kinh nghiệm khác về việc chọn dung môi. Các chất phân cực và ion thường tan tốt hơn trong dung môi phân cực như nước, còn nhiều chất không phân cực lại tan tốt hơn trong dung môi không phân cực.

Cách đọc đường cong độ tan

Đường cong độ tan cho biết độ tan của một chất thay đổi theo nhiệt độ như thế nào. Trục tung thường biểu diễn lượng chất tan hòa tan được trong một lượng dung môi cố định, còn trục hoành là nhiệt độ.

Nếu một điểm nằm trên đường cong, dung dịch bão hòa ở nhiệt độ đó. Nếu nó nằm dưới đường cong, dung dịch chưa bão hòa. Nếu nó nằm trên cao hơn đường cong, lượng được biểu diễn lớn hơn giới hạn bão hòa thông thường trong những điều kiện ấy.

Đừng khái quát hóa quá mức hình dạng của đường cong. Nhiều chất rắn tan nhiều hơn khi nhiệt độ tăng, nhưng không phải tất cả đều như vậy. Độ tan của chất khí trong nước thường cho xu hướng nhiệt độ ngược lại.

Ví dụ có lời giải: Dùng một giá trị trên đường cong độ tan

Giả sử một đường cong độ tan cho thấy một muối hòa tan tối đa $36\ \mathrm{g}$ trong $100\ \mathrm{g}$ nước ở $25^\circ\mathrm{C}$.

Bây giờ thêm $40\ \mathrm{g}$ muối đó vào $100\ \mathrm{g}$ nước và chờ hệ đạt cân bằng ở cùng nhiệt độ.

Trong những điều kiện đó, khoảng $36\ \mathrm{g}$ có thể còn hòa tan. $4\ \mathrm{g}$ còn lại sẽ không tan.

Ví dụ này cho bạn kỹ năng chính khi đọc đường cong độ tan:

• đọc lượng chất tan tối đa ở nhiệt độ đã cho
• so sánh với lượng thực tế đã thêm vào
• xem phần chất tan dư ra là không tan ở trạng thái cân bằng

Độ tan là giới hạn sức chứa ở một điều kiện xác định, không phải lời đảm bảo rằng mỗi gam được thêm vào đều sẽ biến mất.

Các yếu tố làm thay đổi độ tan

Nhiệt độ

Với nhiều chất rắn tan trong nước, độ tan tăng khi nhiệt độ tăng. Điều này rất phổ biến, nhưng không phải luôn đúng.

Với chất khí hòa tan trong chất lỏng, độ tan thường giảm khi nhiệt độ tăng. Nước ngọt có ga ấm lên rồi mất dần khí carbon dioxide hòa tan là một ví dụ quen thuộc.

Áp suất

Áp suất ảnh hưởng rõ nhất đến chất khí hòa tan trong chất lỏng. Áp suất cao hơn phía trên bề mặt chất lỏng thường làm tăng độ tan của khí. Với chất rắn và chất lỏng, những thay đổi áp suất thông thường thường có ảnh hưởng nhỏ hơn nhiều.

Bản chất của chất tan và dung môi

Lực tương tác giữa các phân tử rất quan trọng. Một dung môi sẽ hòa tan chất tan dễ hơn khi các tương tác mới giữa chất tan và dung môi đủ thuận lợi để cạnh tranh với tương tác chất tan–chất tan và dung môi–dung môi.

Đó là phiên bản chính xác hơn của câu "cái giống hòa tan cái giống".

Môi trường hóa học

Một số thay đổi về độ tan phụ thuộc vào các phản ứng xảy ra trong dung dịch. Ví dụ, độ tan của một số hợp chất ion có thể thay đổi nếu pH thay đổi hoặc nếu thêm ion chung.

Điều này phụ thuộc vào từng chất cụ thể. Đừng mặc định rằng mọi bài toán độ tan đều cần lập luận về pH hay ion chung.

Những lỗi thường gặp về độ tan

Nhầm độ tan với tốc độ hòa tan

Khuấy, nghiền nhỏ hoặc đun nóng thường làm một chất hòa tan nhanh hơn, nhưng hòa tan nhanh hơn không đồng nghĩa với độ tan cuối cùng lớn hơn trong cùng điều kiện.

Quên nhiệt độ hoặc áp suất

Một giá trị độ tan mà không kèm nhiệt độ, và đôi khi không kèm áp suất, là chưa đầy đủ.

Cho rằng mọi chất rắn đều tan nhiều hơn khi đun nóng

Nhiều chất rắn tan nhiều hơn trong nước ấm, nhưng một số thì không. Dùng đường cong hoặc bảng số liệu sẽ an toàn hơn là áp dụng một quy tắc chung cho tất cả.

Dùng quy tắc về áp suất cho sai hệ

Áp suất đặc biệt quan trọng với chất khí trong chất lỏng. Nó thường không phải là yếu tố chính quyết định độ tan của các chất rắn thông thường.

Độ tan được ứng dụng ở đâu

Độ tan quan trọng trong dược phẩm, xử lý nước, địa chất, hóa học môi trường, khoa học thực phẩm và việc pha chế dung dịch trong phòng thí nghiệm. Nó giúp dự đoán sự kết tủa, chọn dung môi và quyết định liệu một hỗn hợp sẽ giữ đồng nhất hay tách riêng.

Nó cũng quan trọng trong các tình huống hằng ngày: vì sao đường tan khác nhau trong đồ uống nóng và lạnh, vì sao đồ uống có ga mất bọt sau khi mở nắp, và vì sao một số hỗn hợp trở nên đục khi điều kiện thay đổi.

Thử một câu hỏi độ tan tương tự

Khi gặp một câu hỏi về độ tan, hãy hỏi bốn điều theo thứ tự: chất tan là gì, dung môi là gì, nhiệt độ nào được giữ cố định, và áp suất có quan trọng hay không. Danh sách kiểm tra ngắn này giúp tránh được phần lớn sai lầm trước cả khi bắt đầu tính toán.

Hãy tự thử với một đường cong độ tan: chọn một nhiệt độ, đọc lượng chất tan tối đa, rồi quyết định xem mẫu đó là chưa bão hòa, bão hòa hay vượt quá giới hạn thông thường.