12.3 – Opløselighed

Udtrykket opløselighed, beskriver mængden af et stof, som kan opløses i en given mængde opløsningsmiddel. Mange faktorer så som typen af stof, type af opløsningsmiddel, og temperatur, kan påvirke opløseligheden af et stof. Opløselighed, almindeligvis udtrykt som gram stof i 100 g opløsningsmiddel, er den maksimale mængde stof, der opløses ved en given temperatur. Hvis et stof villigt opløses når det tilføres et opløsningsmiddel, indeholder opløsningen ikke den maksimale mængde af stoffet. Vi kalder denne type opløsning for en umættet opløsning.

En opløsning der indeholder alt det stof som kan opløses i den, er en mættet opløsning. Når en opløsning er mættet, bliver hastigheden hvormed stof opløses, den samme som hastigheden hvormed stoffet udfældes, en proces der kaldes rekrystallisering.  Herefter er der ikke nogen ændring i mængden af opløst stof i opløsningen.

		stoffet opløses
	stof + opløsningsmiddel	↔	mættet opløsning
		stoffet rekrystalliserer

Vi kan forberede en mættet opløsning, der at tilføre en mængde af stof, der er større end den mængde stof der maksimalt kan opløses i opløsningsmidlet (mætning). Ved at omrøre opløsningen, opløses den maksimale mængde stof, og efterlader den overskydende mængde stof, på bunden af beholderen. Når først vi har en mættet opløsning, vil tilførsel af yderligere stof, blot øge mængden af uopløst stof.

Opgaveeksempel 12.1

Mættede opløsninger Ved 20 ºC, er opløseligheden af KCl 34 g/100 g vand. I laboratoriet, blander en laborant 75 g KCl med 200,0 g vand ved 20 ºC. a. Hvor meget KCl kan opløses? b. Er opløsningen mættet eller umættet? c. Hvad er massen af KCl, i gram, hvis der er noget KCl uopløst tilbage? Løsning a. KCl har en opløselighed på 34 g/100 g vand. Ved at bruge dets opløselighed som en konverteringsfaktor, kan vi beregne den maksimale mængde KCl, der kan opløses i 200,0 g vand på følgende måde: b. Fordi 75 g KCl overstiger den maksimale mængde på de 68 g KCl der kan opløses i 200,0 g vand, er opløsningen af KCl mættet. c. Hvis vi tilføjer 75 g KCl til 200,0 g vand, og kun 68 g KCl kan opløses, er der 7 g (75 g – 68 g) af fast (uopløst) KCl på bunden af beholderen.

Temperaturens effekt på opløseligheden

Opløseligheden af de fleste faste stoffer, bliver større efterhånden som temperaturen stiger, hvilket betyder, at opløsninger normalt indeholder mere opløst stof ved højere temperaturer. Få stoffer udviser kun en lille ændring i opløseligheden ved højere temperaturer, og meget få, er mindre opløselige (se figur 12.5). For eksempel, hvis du tilføjer sukker til iste, kan der dannes noget uopløst sukker på bunden af glasset. Men hvis du tilføjer sukker til varm te, kræves der mange teskefulde sukker, før der samles uopløst sukker på bunden. Varm te, kan opløse mere sukker end kold te kan, fordi opløseligheden af sukker, er meget større ved højere temperaturer.

Når en mættet opløsning forsigtigt afkøles, kan den blive en overmættet opløsning, fordi den indeholder mere stof, end opløseligheden af stoffet tillader. Sådanne opløsninger er ustabile, og hvis opløsningen forstyrres, eller der tilføres en krystal af det opløste stof, vil den overskydende mængde opløst stof udkrystallisere, og igen give en mættet opløsning.

Omvendt, falder opløseligheden af en gas i vand, som temperaturen stiger. Ved højere temperaturer, har flere gasmolekyler den nødvendige energi, til at undslippe fra opløsningen. Måske har du lagt mærke til de bobler der undslipper fra kulsyreholdige drikke efterhånden som den bliver varmere. Ved højere temperaturer, kan flasker der indeholder kulsyreholdige opløsninger eksplodere, da flere gasmolekyler forlader opløsningen, og øger trykket inde i flasken.

Biologer har fundet, at højere temperaturer i floder og søer, forårsager af mængden af opløst oxygen falder, indtil det varme vand ikke længer kan underholde et biologisk samfund. I de tidlige morgentimer, indeholder overfladerne af floder og søer koldere vand, der indeholder mere oxygen, og dermed flere fisk der søger mod overfladen. Vandbaserede elektricitetsværker, skal have deres egne søer, som de bruger i deres køletårne, for at forhindre termisk forurening af de omkringliggende vandområder.

Henrys lov

Henrys lov siger, at opløseligheden af en gas, er direkte relateret til trykket af den gas der ligger over væsken. Ved højere tryk, er der flere gasmolekyler til rådighed, som kan opløses i væsken. En dåsesodavand er blevet gjort kulsyreholdig, ved at anvende CO₂ gas under højt tryk, for at øge opløseligheden af CO₂ i drikkevaren. Når du åbner sodavandsdåsen ved atmosfærisk tryk, falder trykket af CO₂, hvilket sænker opløseligheden af CO₂. Som et resultat heraf, undviger bobler af CO₂ hurtigt fra opløsningen. Den hurtige undvigelse af CO₂, er endnu mere tydelig, hvis du åbner en varm dåse sodavand.

Opgaveeksempel 12.2

Faktorer der påvirker opløseligheden Angiv om der er en stigning eller et fald af opløselighed ved hver af følgende: a. Sukkers opløselighed i vand, når temperaturen øges fra 25 ºC til 45 ºC b. Opløseligheden af O2 i en sø, efterhånden som vandet bliver varmere Løsning a. En stigning i temperaturen fra 25 ºC til 45 ºC, øger opløseligheden af sukker i vand. b. En stigning i temperaturen i søvandet, sænker opløseligheden af O2.

Opløselige og uopløselige salte

Indtil videre, har vi brugt ionforbindelser der kan opløses i vand, der er kendt som opløselige salte. Der er imidlertid nogle ionforbindelser, som ikke adskilles til ioner i vand. De er de uopløselige salte, som forbliver på fast form, selv i kontakt med vand.

Salte der er opløselige i vand, indeholder typisk en af de følgende ioner: Li⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, NO₃^–, eller C₂H₃O₂^– (acetat). Et salt er kun opløseligt i vand, hvis det indeholder en opløselig kation eller anion. Salte der indeholder Cl^–, Br^–, eller I^–, er opløselige, med mindre de er kombineret med Ag⁺, Pb²⁺, eller Hg²⁺. Ligeledes er de fleste salte der indeholder SO₄^2- opløselige, men få er uopløselige, som vist i tabel 12.4. De fleste andre salte, inklusiv dem der indeholder anionerne CO₃^2-, S^2-, PO₄^3-, eller OH^–, er uopløselige (se figur 12.6). I et uopløseligt salt, er dets positive og negative tiltrækningskraft for stor til, at vandets polære molekyler kan bryde den. Vi kan bruge opløselighedsreglerne i tabel 12.4, til at forudsige om et salt (en fast ionforbindelse), forventes at kunne blive opløst i vand (se tabel 12.5).

 

 

 

 

I medicin, anvendes det uopløselige salt BaSO₄ som kontraststof, for at forbedre røntgenbilleder af tarmsystemet. BaSO₄ er så uopløseligt, at det ikke kan opløses i mavesaften (se figur 12.7). Andre bariumsalte kan ikke anvendes, da de opløses i vand og frigiver Ba³⁺ ioner, der er giftige.

Konceptforståelse 12.3

Opløselige og uopløselige salte Forudsig om hvert af følgende salte, er opløselige i vand og forklar hvorfor/hvorfor ikke: a. Na3PO4          b. CaCO3 Svar a. Saltet Na3PO4 er opløselig i vand fordi, alle forbindelser der indeholder Na+ er opløselige i vand. b. Saltet CaCO3 er uopløseligt i vand fordi, det ikke indeholder en opløselig positiv ion eller en opløselig negativ ion.

Opgaveeksempel 12.3

Opstilling af reaktionsligninger ved dannelse af uopløseligt salt Når opløsninger af AgNO3 og NaCl blandes, dannes et hvidt fast stof. Skriv ionreaktionsligningen og nettoionreaktionsligningen for reaktionen. Løsning Trin 1: Skriv ionerne for reaktanterne. ${\mathrm{Ag}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{NO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}+{\mathrm{Na}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{Cl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}$ Trin 2: Skriv kombinationerne af ionerne, og afgør om nogle af dem er uopløselige. Når vi ser på ionerne i hver opløsning, kan vi se at kombinationen af Ag+ og Cl– danner et uopløseligt salt. Trin 3: Skriv ionreaktionsligningen, inklusiv ethvert fast stof. I ionreaktionsligningen, viser vi alle ionerne for reaktanterne og produkterne. Produkterne inkluderer det faste AgCl, som dannes sammen med de resterende ioner Na+ og NO3–. ${\mathrm{Ag}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{NO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}+{\mathrm{Na}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{Cl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}\to {\mathrm{AgCl}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{Na}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{NO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}$ Trin 4: Skriv nettoreaktionsligningen. Nu fjerner vi Na+ og NO3– ionerne, der kendes under navnet tilskuerioner, fordi de forbliver uændret i reaktionen. ${\mathrm{Ag}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+\underset{\mathrm{tilskuerioner}}{\underbrace{{\mathrm{Na}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{NO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}}}+{\mathrm{Cl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}\to {\mathrm{AgCl}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+\underset{\mathrm{tilskuerioner}}{\underbrace{{\mathrm{Na}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{NO}}_{3\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}}}$ Endelig opstilles nettoionreaktionsligningen for den kemiske reaktion der er foregået: ${\mathrm{Ag}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{+}+{\mathrm{Cl}}_{\left(\mathrm{aq}\right)}^{–}\to {\mathrm{AgCl}}_{\left(\mathrm{s}\right)} \mathrm{nettoreaktionsligning}$

12.4 – Koncentrationer af opløsninger →