Rozpustnost, součin rozpustnosti

Rozpustnost je velice důležitá veličina, vyjadřující maximální množství látky, které se v daném rozpouštědla, za dané teploty rozpustí. Většinou se označuje písmenem s a jednotkou je g/100 g rozpouštědla. Např. rozpustnost NaCl ve vodě, při 30 °C je 38,89 g/100 H2O. Podle hodnoty rozpustnosti rozlišujeme látky rozpustné a nerozpustné (pod 0,1 g/100 g).

Rozpouštění látek je poměrně komplikovaný proces, pro běžnou praxi je vhodné si zapamatovat pravidlo: „Podobné se rozpouští v podobném“, což znamená, že polární látka bude pravděpodobně rozpustná v polárním rozpouštědle (např. sůl ve vodě) a nepolární v nepolárním rozpouštědle (např. tuky v hexanu).

Látka Rozpouštědlo Rozpustnost [g/100 g]
NaCl Voda 38,89
Hexan Voda 0,0112
Hexan Heptanol

Mechanismus rozpouštění pevné látky v kapalném rozpouštědle

Prvním krokem je postupné odtrhávání molekul rozpouštěné látky z povrchu. Tento děj je zpravidla endothermní, protože je nutné překonat mřížkovou energii (u krystalických látek), entropie během tohoto procesu narůstá (ΔS>0). V druhém kroku dochází k solvataci uvolněných molekul, tzn. jejich obalení molekulami rozpouštědla. Tento krok je obvykle exothermní a entropie opět narůstá. Konečné rozpouštěcí teplo (enthalpie) je rovno součtu enthalpií jednotlivých kroků procesu.

Solvatace Na+ iontu molekulami vody

Solvatace Na+ iontu molekulami vody. Zdroj: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Na%2BH2O.svg

Rozpustnost látky je ovlivněna mnoha faktory, nejdůležitější jsou:

  • druh rozpouštědla
  • teplota
  • tlak (při rozpouštění plynů)
  • přítomnost dalších látek v roztoku

Disociace elektrolytů

Jako elektrolyty označujeme roztoky nebo taveniny, které vedou elektrický proud. Nejčastěji vznikají rozpouštěním iontových látek v polárních rozpouštědlech (nejčastěji ve vodě). Podle stupně disociace rozlišujeme slabé a silné elektrolyty. Silné elektrolyty, např. NaCl, disociují zcela, naproti tomu slabé elektrolyty, např. HClO jsou disociované pouze z části.

NaCl → Na+ + Cl
HClO ⇄ H+ + ClO

Disociační konstanta je dána poměrem rovnovážných koncentrací produktů a výchozích látek:
Disociační konstanta HClO

Stupeň disociace (α)
Disociační stupeň

Ostwaldův zřeďovací zákon

Popisuje vztah mezi disociační konstantou a stupněm disociace slabého elektrolytu. Byl formulován Wilhelmem Ostwaldem.

Ostwaldův zřeďovací zákon

Závislost rozpustnosti na teplotě

U většiny látek rozpustnost stoupá s rostoucí teplotou, menší množství sloučenin vykazuje opačný trend. Známe i látky, např. NaCl, u nichž se rozpustnost s teplotou prakticky nemění. Rozdílné závislosti rozpustnosti na teplotě se využívá při izolaci sloučenin pomocí frakční krystalizace.

Závislost rozpustnosti na teplotě

Závislost rozpustnosti na teplotě

Součin rozpustnosti

Pro nerozpustné, resp. velmi málo rozpustné látky jsou hodnoty rozpustnosti velmi malé, proto se používá praktičtější veličina – součin rozpustnosti. Značí se Ks, často se používá i jeho logaritmická forma pKs.

pKs = −log Ks

Odvozuje se ze vzorce pro rovnovážnou konstantu rozpouštění, ukážeme si to na příkladu rozpouštění sulfidu stříbrného (Ag2S).

Ag2S ⇄ 2 Ag+ + S2-

Rovnováha je samozřejmě posunuta směrem k nerozpuštěnému sulfidu. Rovnovážná konstanta je dána poměrem rovnovážných aktivit, nebo jednodušeji rovnovážných koncentrací:

Součin rozpustnosti

Pro pevnou fázi je hodnota aktivity rovna jedné, proto se vztah zjednoduší na:

Ks = [Ag+]2 [S2-]

Hodnota součinu rozpustnosti Ag2S je pKs = 49,20. Z toho lze snadno vypočítat koncentraci iontů v nasyceném vodném roztoku Ag2S:

Ks = 6,3.10-50

Jelikož víme, že koncentrace Ag+ bude dvojnásobná (2x) oproti S2- (x):
Ks = [Ag+]2 [S2-] = 4x3
x = 2,51.10-17 mol.dm-3

Z hodnoty koncentrace vydíme, že zůstane rozpuštěna jen velmi malá část sulfidu. Pokud bysme chtěli rozpustnost ještě snížit, je možné zvýšit koncentraci sulfidových aniontů přídavkem rozpustného sulfidu, např. nastavíme koncentraci S2- na 0,1 mol.dm-3, tím se nám vztah pro Ks změní:

Ks = [Ag+]2 [S2-] = (2x)2 . 0,1
x = 3,97.10-25 mol.dm-3

Rozpustnost Ag2S se přídavkem rozpustného sulfidu snížila o osm řádů.

Další kapitoly