Krzywe rozpuszczalności – jak odczytać wykres i rozwiązywać zadania?

Rozpuszczalność i roztwór nasycony

Rozpuszczalność to maksymalna masa substancji, którą można rozpuścić w określonej ilości rozpuszczalnika (na maturze: w 100 g wody) w danej temperaturze. Roztwór, w którym rozpuszczono właśnie tyle substancji, to roztwór nasycony – w tych warunkach nie rozpuści się w nim już więcej substancji.

• roztwór nienasycony – można w nim rozpuścić jeszcze więcej substancji,
• roztwór nasycony – pozostaje w równowadze z nierozpuszczonym osadem,
• roztwór przesycony – zawiera więcej substancji, niż wynosi rozpuszczalność; jest nietrwały i po wstrząśnięciu lub dodaniu kryształka wydziela nadmiar substancji. Wykorzystuje się to m.in. przy hodowli kryształów.

Jak czytać wykres rozpuszczalności?

Na osi poziomej jest temperatura, na pionowej – rozpuszczalność w gramach substancji na 100 g wody. Przykładowe wartości (w zaokrągleniu, wg tablic chemicznych):

Z wykresu i tabeli wynikają trzy ważne obserwacje:

1. Rozpuszczalność większości ciał stałych rośnie z temperaturą – najsilniej dla KNO₃ (krzywa stroma), bardzo słabo dla NaCl (krzywa prawie pozioma).
2. Krzywe mogą się przecinać. W punkcie przecięcia obie substancje mają taką samą rozpuszczalność – np. KNO₃ i NaCl ok. 22–23°C.
3. Wyjątki: rozpuszczalność np. Ca(OH)₂ czy Ce₂(SO₄)₃ maleje ze wzrostem temperatury.

Położenie punktu względem krzywej mówi, jaki to roztwór. Jeśli w 100 g wody w 40°C jest 50 g KNO₃ (poniżej krzywej, bo rozpuszczalność to 63,9 g) – roztwór jest nienasycony. Jeśli jest 63,9 g – nasycony. Jeśli 80 g – nadmiar wydzieli się jako osad albo powstanie roztwór przesycony.

Obliczenia z krzywej rozpuszczalności – przykłady

1. Stężenie procentowe roztworu nasyconego

Oblicz stężenie procentowe nasyconego roztworu KNO₃ w 20°C. Rozpuszczalność: 31,6 g w 100 g wody, więc masa roztworu = 131,6 g.

c_p = 31,6 g / 131,6 g · 100% ≈ 24,0%.

Uwaga na częsty błąd: dzielimy przez masę roztworu (100 g + R), a nie przez 100 g wody. Więcej o tym typie obliczeń: Stężenie procentowe – zadania.

2. Masa substancji w innej ilości wody

Ile gramów KNO₃ rozpuści się w 250 g wody w 40°C? Rozpuszczalność to 63,9 g na 100 g wody, więc:

m = 63,9 g · 250 g / 100 g ≈ 159,8 g.

3. Krystalizacja przy ochładzaniu

Nasycony w 60°C roztwór zawierający 100 g wody ochłodzono do 20°C. Ile gramów KNO₃ wykrystalizuje?

W 60°C rozpuszczone było 110 g, w 20°C może pozostać 31,6 g. Wydzieli się 110 – 31,6 = 78,4 g KNO₃.

Jeśli roztwór zawierał inną masę wody, np. 250 g, wynik mnożymy proporcjonalnie: 78,4 g · 2,5 = 196 g. Na tej zależności opiera się krystalizacja frakcjonowana – oczyszczanie substancji, których rozpuszczalność silnie zależy od temperatury.

4. Rozpuszczalność z masy roztworu

Z 50 g nasyconego roztworu soli w 20°C po odparowaniu wody otrzymano 13,2 g soli. Oblicz rozpuszczalność.

Masa wody: 50 – 13,2 = 36,8 g. R = 13,2 g · 100 g / 36,8 g ≈ 35,9 g/100 g wody – wartość bliska rozpuszczalności NaCl (36,0 g).

Dlaczego gazy rozpuszczają się gorzej w ciepłej wodzie?

Rozpuszczalność gazów maleje ze wzrostem temperatury, a rośnie ze wzrostem ciśnienia tego gazu nad cieczą. W cieplejszej wodzie cząsteczki gazu mają większą energię i łatwiej uciekają z roztworu. Dlatego ciepły napój gazowany szybciej traci CO₂, a w nagrzanych latem jeziorach spada zawartość tlenu, co bywa groźne dla ryb.

Na co uważać na maturze?

• Sprawdź jednostkę na osi – zwykle g/100 g wody, nie g/100 g roztworu.
• Odczytuj wartość z wykresu jak najdokładniej i podawaj ją w odpowiedzi – CKE zwykle dopuszcza niewielki margines odczytu.
• Rozróżniaj masę wody i masę roztworu w proporcjach.
• Przy ochładzaniu odejmuj rozpuszczalności z dwóch temperatur, a wynik skaluj do rzeczywistej masy wody.
• Tabela rozpuszczalności (rozpuszczalny/trudno rozpuszczalny osad) to coś innego niż krzywa rozpuszczalności – zob. Jak NIE używać tabeli rozpuszczalności?

Sprawdź się w zadaniach z odpowiedziami: Rozpuszczalność związków chemicznych – zadania #1 na matura.biomist.pl. Pozostałe działy znajdziesz w przewodniku Chemia do matury.

Najczęściej zadawane pytania

Co to jest rozpuszczalność substancji?

To największa masa substancji, która w danej temperaturze rozpuszcza się w 100 g rozpuszczalnika (zwykle wody), tworząc roztwór nasycony.

Jak obliczyć stężenie procentowe roztworu nasyconego z rozpuszczalności?

c_p = R / (100 + R) · 100%, gdzie R to rozpuszczalność w gramach na 100 g wody. Na przykład dla R = 36 g: 36 / 136 · 100% ≈ 26,5%.

Czy rozpuszczalność zawsze rośnie z temperaturą?

Nie. Dla większości ciał stałych rośnie, ale np. dla wodorotlenku wapnia maleje, a dla chlorku sodu zmienia się bardzo słabo. Rozpuszczalność gazów w wodzie maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Źródła

• Haynes W.M. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press – tabele rozpuszczalności związków nieorganicznych w wodzie (wartości zaokrąglone).
• Centralna Komisja Egzaminacyjna – informatory o egzaminie maturalnym z chemii od 2023 r.

Ilustracja: krzywe rozpuszczalności KNO₃, NaNO₃, KCl i NaCl w wodzie – wykres Biomist na podstawie danych tablicowych.