Διαλυτότητα & Κορεσμένα Διαλύματα
Ευδιάλυτες–δυσδιάλυτες ουσίες, παράγοντες: διαλύτης, θερμοκρασία, πίεση
Γιατί τα ψάρια μιας λίμνης κινδυνεύουν τα καυτά καλοκαίρια;
Τα ψάρια αναπνέουν το οξυγόνο που είναι διαλυμένο στο νερό. Όσο ζεσταίνεται το νερό, τόσο λιγότερο οξυγόνο μπορεί να κρατήσει — και σε έναν καύσωνα μια ρηχή λίμνη μπορεί να «πνίξει» τα ψάρια της. Αντίθετα, η ζάχαρη διαλύεται καλύτερα στο ζεστό τσάι. Εδώ μαθαίνεις τι είναι η διαλυτότητα και ποιοι παράγοντες την αλλάζουν.
Διαλυτότητα
Σε νερού στους μπορούμε να διαλύσουμε το πολύ , ενώ μόνο . Λέμε ότι το είναι ευδιάλυτο (μεγάλη διαλυτότητα) και ο δυσδιάλυτος.
Διαλυτότητα μιας ουσίας ονομάζεται η μέγιστη ποσότητα της που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη, κάτω από ορισμένες συνθήκες (π.χ. θερμοκρασία). Συνήθως δίνεται σε g ουσίας ανά 100 g νερού.
- Κορεσμένο είναι το διάλυμα που περιέχει τη μέγιστη δυνατή ποσότητα διαλυμένης ουσίας· αν προσθέσουμε κι άλλη, μένει αδιάλυτη.
- Ακόρεστο είναι το διάλυμα που περιέχει μικρότερη ποσότητα από τη μέγιστη.
Η διαλυτότητα εκφράζει ουσιαστικά την περιεκτικότητα του κορεσμένου διαλύματος.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητα
α. Η φύση του διαλύτη — «τα όμοια διαλύουν όμοια»: διαλύτης και διαλυμένη ουσία πρέπει να έχουν παρόμοια δομή. Το νερό (πολικός διαλύτης) διαλύει ιοντικές ενώσεις () και πολικές μοριακές ουσίες (ζάχαρη, οινόπνευμα)· η βενζίνη διαλύει μη πολικές ουσίες (λάδια, λίπη).
β. Η θερμοκρασία — η διαλυτότητα των στερεών στο νερό συνήθως αυξάνεται με τη θερμοκρασία, ενώ η διαλυτότητα των αερίων στο νερό μειώνεται (γι' αυτό τα ψάρια δυσκολεύονται σε ζεστά νερά με λιγότερο διαλυμένο ).
γ. Η πίεση — επηρεάζει ουσιαστικά μόνο τα αέρια: η διαλυτότητα των αερίων αυξάνεται με την πίεση. Όταν ανοίγουμε ένα αναψυκτικό, η πίεση πέφτει στην ατμοσφαιρική, η διαλυτότητα του μειώνεται και το ποτό αφρίζει.
Προσοχή: η ανάδευση και η λειοτρίβηση (κονιοποίηση) κάνουν τη διάλυση ταχύτερη, αλλά δεν αλλάζουν τη διαλυτότητα.
Στερεά: η ζέστη βοηθά (ζάχαρη σε ζεστό τσάι). Αέρια: η ζέστη τα διώχνει (η ζεστή πορτοκαλάδα ξεθυμαίνει), η πίεση τα σπρώχνει μέσα (κλειστή φιάλη αναψυκτικού).
Γιατί ένα αναψυκτικό αφρίζει μόλις ανοίξουμε τη φιάλη;
Οι δύτες που ανεβαίνουν πολύ γρήγορα από μεγάλο βάθος κινδυνεύουν από τη νόσο των δυτών. Σε μεγάλη πίεση διαλύεται περισσότερο άζωτο στο αίμα τους· όταν η πίεση πέφτει απότομα, το άζωτο βγαίνει από το διάλυμα ως φυσαλίδες — όπως στο αναψυκτικό που μόλις άνοιξες. Γι' αυτό η άνοδος γίνεται αργά, με στάσεις.
Μέθοδος: προβλήματα διαλυτότητας
- Γράψε τη διαλυτότητα ως αναλογία: « νερό διαλύουν το πολύ g ουσίας» (στη δεδομένη θερμοκρασία).
- Βρες με μέθοδο των τριών τη μέγιστη ποσότητα που διαλύεται στο νερό που έχεις.
- Σύγκρινε με την ποσότητα που προσθέτεις: μικρότερη ακόρεστο· ίση κορεσμένο· μεγαλύτερη κορεσμένο και η διαφορά μένει αδιάλυτη.
- Ψύξη κορεσμένου διαλύματος (για στερεά): υπολόγισε τη νέα μέγιστη ποσότητα· η διαφορά αποβάλλεται ως κρύσταλλοι.
Άσκηση: Η διαλυτότητα του στους είναι ανά νερού. Σε νερού προσθέτουμε και ανακατεύουμε καλά. Τι θα συμβεί; Ποια η % w/w του διαλύματος που προκύπτει;
Λύση: Στα νερού διαλύονται το πολύ . Άρα διαλύονται και μένουν αδιάλυτα · το διάλυμα είναι κορεσμένο.
Διάλυμα: , άρα (ίδιο με ).
Άσκηση: Η διαλυτότητα του είναι νερού στους και νερού στους . Κορεσμένο διάλυμα στους με νερό ψύχεται στους . Πόσο κρυσταλλώνεται;
Λύση:
- Στους τα νερού περιέχουν .
- Στους μπορούν να κρατήσουν μόνο .
- Κρυσταλλώνονται .
Άσκηση: Η διαλυτότητα του στους είναι ανά νερού. Σε νερού στους διαλύουμε . (α) Είναι το διάλυμα κορεσμένο; (β) Πόσο μπορεί ακόμη να διαλυθεί; (γ) Σε νερού προσθέτουμε — τι θα συμβεί;
Λύση:
(α) , άρα το διάλυμα είναι ακόρεστο.
(β) .
(γ) Τα νερού διαλύουν το πολύ . Διαλύονται , το διάλυμα είναι κορεσμένο και μένουν αδιάλυτα στον πυθμένα.
Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: Η διαλυτότητα ενός άλατος Α σε ορισμένη θερμοκρασία είναι ανά νερού.
Δεδομένα: νερού (σταθερή θερμοκρασία).
Ζητούμενα: (α) η % w/w του κορεσμένου διαλύματος, (β) οι μάζες άλατος και νερού σε κορεσμένου διαλύματος, (γ) πόσο επιπλέον άλας διαλύεται αν προσθέσουμε σε αυτό νερό.
Λύση:
(α) Κορεσμένο διάλυμα: άλας σε διαλύματος, άρα .
(β) Άλας: , νερό: .
(γ) Τα νέου νερού διαλύουν επιπλέον άλατος — χωρίς αυτά το διάλυμα θα ήταν πλέον ακόρεστο.
Απάντηση: 20% w/w· άλας, νερό· .
Η διαλυτότητα ενός άλατος είναι ανά νερού. Η περιεκτικότητα του κορεσμένου διαλύματος είναι:
Πώς μπορούμε να αυξήσουμε τη διαλυτότητα του στο νερό;
Ποια από τις παρακάτω ουσίες διαλύεται καλύτερα στη βενζίνη (μη πολικός διαλύτης);
ο γρήγορος δρόμος. Η διαλυτότητα του στους είναι ανά νερού. Έχεις κορεσμένου διαλύματος στους και εξατμίζεις νερό στην ίδια θερμοκρασία. Πόσο κρυσταλλώνεται;
Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση
Μακρύς δρόμος: Τα κορεσμένου διαλύματος περιέχουν νερό. Τα περιέχουν νερό και . Μετά την εξάτμιση μένουν νερό, που κρατούν . Κρυσταλλώνονται .
Γρήγορος δρόμος: Το διάλυμα που μένει είναι πάλι κορεσμένο. Άρα κρυσταλλώνεται ακριβώς το αλάτι που «κρατούσε» το νερό που έφυγε: .
Απάντηση: περίπου — και δεν χρειαζόταν καν η μάζα του αρχικού διαλύματος.
- Διαλυτότητα = % w/w. Η διαλυτότητα δίνεται συνήθως ανά 100 g νερού· η % w/w του κορεσμένου διαλύματος είναι , όχι .
- Ανάδευση αυξάνει τη διαλυτότητα. Αυξάνει μόνο την ταχύτητα διάλυσης.
- Θέρμανση βοηθά πάντα. Για τα αέρια ισχύει το αντίθετο: ζεστό νερό συγκρατεί λιγότερο αέριο.
- Αδιάλυτη ποσότητα μέσα στο διάλυμα. Ό,τι περισσεύει από τη μέγιστη ποσότητα δεν μετρά στη μάζα του διαλύματος.
- Διαλυτότητα: μέγιστη ποσότητα ουσίας σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη, σε ορισμένες συνθήκες.
- Κορεσμένο: περιέχει τη μέγιστη ποσότητα· ακόρεστο: λιγότερη.
- «Τα όμοια διαλύουν όμοια»· στερεά: συνήθως ↑ με τη θερμοκρασία· αέρια: ↓ με τη θερμοκρασία, ↑ με την πίεση.
- % w/w κορεσμένου .
- Ψύξη κορεσμένου διαλύματος στερεού: η διαφορά διαλυτότητας κρυσταλλώνεται.