Dung dịch bão hòa và độ tan
Dung dịch bão hoà là dung dịch nằm cân bằng với
chất tan chưa hoà tan ở điều kiện đã cho
Ta đã biết, hoà tan muối ăn vào nước sẽ được một dung
dịch. Nếu tiếp tục thêm muối vào dung dịch thì sẽ đến
một lúc muối không thể tan thêm được nữa. Ta thu được một dung dịch
bão hòa. Thực ra, lúc này dung dịch đã đạt đến một cân bằng động : một
mặt muối ăn tiếp tục tan vào dung dịch, nhưng mặt khác có một lượng
muối đúng bằng thế từ dung dịch kết tinh trở lại bề mặt các tinh thể
muối ăn hoặc bám vào thành cốc.
Để chứng minh, người ta cho vào cốc dung dịch bão hòa muối ăn đó một
mẩu vỡ từ tinh thể muối. Sau vài ngày người ta thu được một tinh thể
muối hoàn chỉnh có khối lượng bằng đúng khối lượng của mẩu vỡ đã
cho vào. ở đây, rõ ràng đã phải xảy ra hai quá trình ngược nhau : các ion
từ mẩu tinh thể tan vào dung dịch và các ion từ dung dịch kết tinh vào bề
mặt tinh thể. Vì thế mới dẫn tới tạo thành một tinh thể hoàn chỉnh đối
xứng cao hơn so với mẩu vỡ.
Như vậy, dung dịch bão hoà là dung dịch nằm cân bằng với chất tan
chưa hoà tan ở điều kiện đã cho. Nói cách khác, dung dịch bão hoà là
dung dịch không thể hoà tan thêm được chất tan ở điều kiện đã cho.
Dung dịch này bền về mặt nhiệt động và có DG = 0.
Dung dịch chưa bão hoà là dung dịch còn hoà tan thêm được chất tan ở
điều kiện đã cho.
Dung dịch bão hoà không nhất thiết phải chứa chất chưa hòa tan. Người
ta có thể lọc bỏ chất chưa hòa tan hoặc pha chế một dung dịch từ những
lượng chất tan và dung môi chính xác để đạt được dung dịch bão hoà.
Như vậy, một lượng xác định dung môi chỉ có thể hoà tan được một
lượng giới hạn chất tan. Độ tan là mức đo lượng chất tan có thể hoà tan
vào một lượng dung môi xác định ở điều kiện đã cho. Độ tan thường
được biểu diễn ra số gam chất tan trên 100 gam dung môi hoặc số mol
chất tan trên 1 lít dung dịch, hoặc theo một đơn vị khác. Độ tan là mối
quan hệ định lượng giữa dung môi và chất tan trong dung dịch bão hoà.
Thí dụ, khi đạt tới dung dịch bão hòa ở 20 °C, p = 1 atm, 100 gam nước
hòa tan được 35,8 gam muối ăn (NaCl). Ta nói độ tan của NaCl ở 20 °C
là 35,8 gam trong100 gam nước.
Độ tan phụ thuộc bản chất chất tan, bản chất dung môi và vào nhiệt độ.
Đối với các chất khác nhau, nó thay đổi trong một khoảng rất lớn. Trong
bảng 1 chỉ ra độ tan của một số chất trong cùng một dung môi (trong
nước), còn trong bảng 2 chỉ ra độ tan của một chất (kali iođua) trong các
dung môi khác nhau.
Bảng 1. Độ tan của một vài chất trong nước ở 20oC
Chất Độ tan (g /100
g H
2
O)
Chất Độ tan (g/ 100
g H
2
O)
CaI
2
209 H
3
BO
3
5
C6H12O6
(glucozơ) 200 CaCO3 0,0013
NaCl 36 AgI 0,00000013
Bảng 2. Độ tan của KI trong các dung môi khác nhau ở 20oC
Dung môi Độ tan (%
khối lượng) Dung môi Độ tan (%
khối lượng)
H
2
O 59,8 CH
3
NO
2
0,307
NH
3
(lỏng) 64,5 n–C
4
H
9
OH 0,20
HOCH
2
CH
2
OH
33,01 C
6
H
5
CN 0,05
CH
3
OH 14,97 C
6
H
5
NO
2
0,00016
CH
3
COCH
3
1,302 CH
3
COOC
2
H
5
0,00012
Trong một số trường hợp, độ tan còn phụ thuộc vào áp suất, vào sự có
mặt của các chất tan khác hoặc vào các yếu tố khác nữa. Yếu tố cơ bản
xác định độ tan của một chất là mối tương quan về lực giữa các phân tử
của chính nó và lực giữa phân tử của nó với phân tử dung môi. Thực
nghiệm cho thấy rằng, các chất có lực giữa các phân tử tương tự nhau thì
hòa tan được vào nhau. Chẳng hạn, các hợp chất ion (như muối, kiềm...)
hoặc phân cực mạnh (như HCl, HBr...) thì tan trong dung môi phân cực
(như nước, axit sunfuric nguyên chất...) mà không tan trong các dung
môi không phân cực (như hiđrocacbon …). Mặt khác, các chất không
phân cực hoặc ít phân cực như dầu, mỡ, cacbon đisunfua, tinh thể iot lại
tan trong các dung môi không phân cực (như etxăng, benzen, ete...) mà
không tan trong nước. Từ đây, ta có thể hiểu được câu ngạn ngữ từ lâu
đã được rút ra từ thực nghiệm : "Giống nhau thì tan vào nhau