Roztwory, rozpuszczalność i iloczyn rozpuszczalności na maturze z chemii – stężenia, Kso i strącanie osadów krok po kroku
Roztwory to podstawa wielu zadań maturalnych — od prostych obliczeń stężeń po iloczyn rozpuszczalności i wytrącanie osadów. W tym artykule krok po kroku omawiamy rozpuszczalność i jej krzywe, rodzaje roztworów, stężenie procentowe i molowe oraz ich przeliczanie, a na koniec iloczyn rozpuszczalności Kso i warunek wytrącenia osadu — z zadaniem maturalnym.
Rozpuszczalność i krzywe rozpuszczalności
Rozpuszczalność to maksymalna masa substancji, którą można rozpuścić w 100 g wody w danej temperaturze, tworząc roztwór nasycony. Najczęściej podaje się ją w gramach na 100 g H2O.
Rozpuszczalność większości ciał stałych rośnie wraz z temperaturą (np. KNO3), część zmienia się słabo (NaCl), a rozpuszczalność gazów maleje ze wzrostem temperatury — dlatego ciepła woda gazowana szybciej traci CO2.
Roztwory nasycone, nienasycone i przesycone
Roztwór nienasycony można jeszcze wzbogacić o substancję — nie osiągnął granicy rozpuszczalności. Roztwór nasycony zawiera maksymalną ilość substancji w danej temperaturze i pozostaje w równowadze z osadem. Roztwór przesycony (metastabilny) zawiera więcej substancji, niż wynika z rozpuszczalności — wystarczy drobne zaburzenie, by wytrącił się nadmiar.
Stężenie procentowe i molowe
Stężenie procentowe (Cp) mówi, jaki procent masy roztworu stanowi substancja rozpuszczona: Cp = (ms / mr) · 100%. Stężenie molowe (Cm) to liczba moli substancji w 1 dm³ roztworu: Cm = n / V. Oba stężenia łączy jeden wzór, w którym pojawia się gęstość roztworu d i masa molowa M.
| Wielkość | Wzór |
|---|---|
| Stężenie procentowe | Cp = (ms / mr) · 100% |
| Stężenie molowe | Cm = n / V |
| Przeliczenie Cp → Cm | Cm = (Cp · d · 10) / M |
Przykład: roztwór H2SO4 o stężeniu Cp = 20% i gęstości d = 1,14 g/cm³ (M = 98 g/mol): Cm = (20 · 1,14 · 10) / 98 ≈ 2,33 mol/dm³.
Iloczyn rozpuszczalności (Kso)
Dla soli trudno rozpuszczalnych równowagę między osadem a jonami w roztworze opisuje iloczyn rozpuszczalności. Dla soli AmBn ⇌ mAn+ + nBm− jest to Kso = [An+]m · [Bm−]n. Im mniejsze Kso, tym trudniej rozpuszczalna sól. Przypomnienie, czym są sole i jak dzielimy związki nieorganiczne, znajdziesz w artykule Systematyka związków nieorganicznych – tlenki, wodorotlenki, kwasy i sole.
Aby sprawdzić, czy wytrąci się osad, liczymy iloczyn jonowy Q z aktualnych stężeń jonów i porównujemy go z Kso: jeśli Q > Kso — osad się wytrąca; Q = Kso — roztwór jest nasycony; Q < Kso — osad się nie tworzy. Podobne obliczenia na stężeniach jonów pojawiają się przy wyznaczaniu pH i hydrolizie soli — zobacz artykuł Kwasy i zasady, pH i równowagi jonowe na maturze z chemii.
Efekt wspólnego jonu
Dodanie do roztworu jonu, który już bierze udział w równowadze (jonu wspólnego), przesuwa ją — zgodnie z regułą Le Chateliera — w stronę osadu, więc rozpuszczalność soli maleje. Przykładowo rozpuszczalność AgCl zmniejsza się po dodaniu NaCl, bo wzrasta stężenie wspólnego jonu Cl−. Więcej o przesuwaniu równowag znajdziesz w artykule Termodynamika i kinetyka chemiczna.
Zadanie maturalne — rozwiążmy razem!
Treść: Iloczyn rozpuszczalności chlorku srebra(I) wynosi Kso = 1,8·10−10. Oblicz rozpuszczalność molową AgCl w czystej wodzie.
- Równanie równowagi: AgCl ⇌ Ag+ + Cl−
- Niech s = rozpuszczalność molowa. Wtedy [Ag+] = [Cl−] = s
- Kso = [Ag+]·[Cl−] = s² = 1,8·10−10
- s = √(1,8·10−10) ≈ 1,34·10−5 mol/dm³
Odpowiedź: w czystej wodzie rozpuszcza się około 1,34·10−5 mola AgCl na 1 dm³ — to sól bardzo trudno rozpuszczalna.
Podsumowanie — co musisz zapamiętać do matury?
- Rozpuszczalność ciał stałych zwykle rośnie z temperaturą, gazów — maleje.
- Cp = (ms/mr)·100%, Cm = n/V, a przeliczenie: Cm = (Cp·d·10)/M.
- Kso = [An+]m·[Bm−]n — im mniejsze, tym trudniej rozpuszczalna sól.
- Osad wytrąca się, gdy Q > Kso.
- Efekt wspólnego jonu zmniejsza rozpuszczalność.
Potrzebujesz powtórki z moli i obliczeń? Zobacz: Stechiometria i obliczenia chemiczne na maturze z chemii.
