hoe de temperatuur de oplosbaarheid beïnvloedt
De oplosbaarheid van een stof is de hoeveelheid van die stof die nodig is om een verzadigde oplossing te vormen in een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel bij een bepaalde temperatuur. De oplosbaarheid wordt vaak gemeten als de gram opgeloste stof per \ (100\:\ text{g}\) oplosmiddel. De oplosbaarheid van natriumchloride in water is \(36.0 \: \text{g}\) per \(100 \: \text{g}\) water bij \(20^\text{o} \text{C}\). De temperatuur moet worden gespecificeerd omdat de oplosbaarheid varieert met de temperatuur. Voor gassen moet ook de druk worden gespecificeerd. De oplosbaarheid is specifiek voor een bepaald oplosmiddel. We zullen oplosbaarheid van materiaal in water als oplosmiddel overwegen.
De oplosbaarheid van de meeste vaste stoffen neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. Het effect is echter moeilijk te voorspellen en varieert sterk van de ene opgeloste stof tot de andere. De temperatuurafhankelijkheid van oplosbaarheid kan worden gevisualiseerd met behulp van een oplosbaarheidscurve, een grafiek van de oplosbaarheid vs.temperatuur (zie onderstaande figuur).
merk op hoe de temperatuurafhankelijkheid van \(\ce{NaCl}\) vrij vlak is, wat betekent dat een temperatuurstijging relatief weinig effect heeft op de oplosbaarheid van \(\ce{NaCl}\). De kromme voor \(\ce{KNO_3}\) is daarentegen erg steil en dus verhoogt een temperatuurstijging de oplosbaarheid van \(\ce{KNO_3}\) dramatisch.
verschillende stoffen – \(\ce{HCl}\), \(\ce{NH_3}\), en \(\ce{SO_2}\) – hebben een oplosbaarheid die afneemt naarmate de temperatuur stijgt. Het zijn allemaal gassen bij standaarddruk. Wanneer een oplosmiddel met een daarin opgeloste gas wordt verwarmd, neemt de kinetische energie van zowel het oplosmiddel als de opgeloste stof toe. Naarmate de kinetische energie van de gasvormige opgeloste stof toeneemt, hebben zijn moleculen een grotere neiging om aan de aantrekking van de oplosmiddelmoleculen te ontsnappen en naar de gasfase terug te keren. Daarom neemt de oplosbaarheid van een gas af naarmate de temperatuur stijgt.
Oplosbaarheidscurven kunnen worden gebruikt om te bepalen of een bepaalde oplossing verzadigd of onverzadigd is. Stel dat \(80\:\ text{g}\) van \(\ce{KNO_3}\) wordt toegevoegd aan \ (100\:\ text{g}\) van water bij\(30^\text{o}\text{C}\). Volgens de oplosbaarheidscurve zal ongeveer \(48 \: \text{g}\) van \(\ce{KNO_3}\) oplossen bij \(30^\text{o} \text{C}\). Dit betekent dat de oplossing verzadigd zal zijn omdat \(48 \: \text{g}\) kleiner is dan \(80 \: \text{g}\). We kunnen ook bepalen dat er \(80 – 48 = 32 \: \tekst{g}\) van onopgeloste \(\ce{KNO_3}\) aan de onderkant van de container. Stel nu dat deze verzadigde oplossing wordt verhit tot\(60^\text{o}\text{C}\). Volgens de kromme is de oplosbaarheid van \(\ce{KNO_3}\) bij\(60^\text{o}\ text{C}\) ongeveer \ (107\:\text{g}\). Nu is de oplossing onverzadigd omdat deze alleen het originele \(80 \: \text{g}\) opgeloste opgeloste stof bevat. Stel nu dat de oplossing helemaal is afgekoeld tot aan \(0^\text{o} \text{C}\). De oplosbaarheid bij \(0^ \ text{o} \ text{C}\) is ongeveer \(14 \: \text{g}\), wat betekent dat \(80 – 14 = 66 \: \tekst{g}\) van de \(\ce{KNO_3}\) zal herkristalliseren.