Độ tan là khả năng hòa tan của một chất ở trong nước để tạo ra dung dịch đồng nhất. Vậy các yếu tố ảnh hưởng đến việc hòa tan của một chất là gì? Cùng tìm hiểu về chất tan và chất không tan qua bài viết sau:
Mục lục bài viết
1. Độ tan là gì?
Độ tan là khả năng hòa tan của một chất ở trong nước để tạo ra dung dịch đồng nhất. Theo công thức tính độ tan, bạn có thể định nghĩa độ tan là số gam chất đó hòa tan trong 100g nước tạo thành dung dịch bão hòa. Chẳng hạn, ở nhiệt độ 25 độ C, độ tan của dung dịch natri clorua là 36g, độ tan của AgNO3 là 222g…
Có 2 yếu tố chính ảnh hưởng đến độ tan: Với chất rắn, độ tan phụ thuộc vào nhiệt độ, còn với chất khí, độ tan phụ thuộc vào cả nhiệt độ và áp suất.
2. Thế nào là chất tan và chất không tan:
2.1. Thí nghiệm về chất tan và chất không tan:
Thông thường, người ta sẽ dựa vào độ tan của chất đó trong nước để xác định xem đó là chất tan hay chất không tan. Nếu 100g nước hòa tan >10g chất thì chất đó là chất tan. Nếu 100g nước chỉ hòa tan <1g chất đó, gọi là chất tan ít. Trong trường hợp 100g nước hòa tan < 0,01g chất sẽ được gọi là chất không tan.
Bạn có thể thí nghiệm canxi cacbonat và natri clorua vào 100g nước để kiểm tra sẽ thấy: CaCO3 không tan trong nước, NaCl tan được trong nước.
Như vậy, có thể thấy, trong thực tế, không phải mọi chất đều hòa tan được trong nước. Có chất tan nhiều, tan ít, hoặc không tan.
2.2. Tính tan của muối, axit, bazơ trong nước:
Đối với axit: Trừ axit silixic, hầu hết các axit đều tan dễ dàng trong nước.
Đối với bazơ: Có một số bazơ ít tan trong nước như NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, còn lại các bazơ đều không tan trong nước.
Đối với muối: Tất cả các muối Na, -NO3, K, muối Na2CO3, muối K2CO3 đều tan trong nước. Phần lớn các muối clorua và sunfat cũng tan được trong nước, trừ BaSO4, AgCl, PbSO4. Muối cacbonat không tan trong nước.
2.3. Công thức tính độ tan của một chất trong nước:
– Độ tan được xác định theo công thức:
S = (mct/mdm) x 100
Trong đó:
- S là ký hiệu của độ tan
- mct là khối lượng của chất tan
- mdm là khối lượng của dung môi
Ví dụ: Hãy xác định độ tan trong nước của muối Na2CO3 (khi ở 18 độ C). Biết rằng, khi ở nhiệt độ này, nếu hòa tan hết 53g Na2CO3 trong 250g nước thì sẽ thu được dung dịch bão hòa.
Độ tan của muối Na2CO3 là: SNa2CO3 = 53 x 100/ 250 = 21,2g.
– Từ công thức trên, chúng ta cũng có thể suy ra được mối quan hệ giữa độ tan của một chất và nồng độ phần trăm dung dịch bão hòa của chúng ở một nhiệt độ xác định:
C% = 100 x S/ (100 + S)
Độ tan càng nhỏ tương ứng với chất càng ít tan và ngược lại.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của một chất:
– Yếu tố nhiệt độ: Với các chất khí, khi nhiệt độ tăng thì độ tan của nó trong dung môi giảm đi cho nên hoàn toàn có thể đuổi các chất khí như oxy, carbondioxid ra khỏi dung môi bằng cách đun nóng để tránh làm biến đổi, phân hủy và đảm bảo độ ổn định của dược chất. Với các chất rắn thu nhiệt khi hòa tan, khi nhiệt độ tăng thì độ tan của nó cũng tăng lên còn với chất rắn tỏa nhiệt khi hòa tan, độ tan của chất đó sẽ giảm đi khi nhiệt độ tăng lên. Do đó trong quá trình bào chế, có thể tác động nhiệt thích hợp hoặc không tác động tùy thuộc vào bản chất chất tan để tăng độ tan của chúng trong dung môi.
– Yếu tố áp suất: Theo định luật Henry: Ở nhiệt độ không đổi, lượng chất khí hoà tan trong một thể tích chất lỏng xác định tỉ lệ thuận với áp suất của nó trên bề mặt chất lỏng. Khi áp suất tăng thì độ tan của chất tan tăng lên còn khi áp suất giảm đi thì độ tan của chất khí cũng giảm. Tuy nhiên định luật Henry chỉ đúng trong trường hợp các chất khí có độ tan nhỏ trong điều kiện áp suất không quá cao.
– Yếu tố hỗn hợp dung môi: Yếu tố dung môi cũng ảnh hưởng đến độ tan của một chất. Khi kết hợp hỗn hợp dung môi đồng tan với nước thì độ tan của các chất khó tan sẽ ngày càng cao hơn.
– Dựa vào độ phân cực của dung môi và chất tan: Các chất phân cực thì dễ tan trong dung môi phân cực ví dụ như nước, dung dịch muối, kiềm, acid vô cơ, … ngược lại các chất ít phân cực thì dễ tan trong dung môi dung môi hữu cơ kém phân cực như benzene, toluene, dicloromethan, chloroform, … Ứng dụng trong việc lựa chọn dung môi hoặc hỗn hợp dung môi thích hợp với chất tan.
– Dựa vào hình dạng: Chất rắn có thể tồn tại ở dạng kết tinh hoặc vô định hình. Độ tan của dạng vô định hình lớn hơn độ tan của chất ở dạng tinh thể do dạng kết tinh có cấu trúc mạng lưới tinh thể tương đối bền vững nên cần năng lượng để phá vỡ cấu trúc vì thế mà khả năng hoà tan khó hơn so với dạng vô định hình. Tuy nhiên dạng tinh thể ổn định hơn so với dạng vô định hình và chất rắn ở dạng vô định hình có xu hướng chuyển về dạng tinh thể. Với các chất khó tan thì nên chuyển về dạng vô định hình để tăng độ tan. Dược chất không ổn định nhứng khó tan ở dạng tinh thể thì có thể thêm các chất làm tăng độ tan thích hợp.
– Căn cứ vào các icon cùng tên: Khi người dùng tiến hành tăng nồng độ các icon cùng tên, chất tan có cân bằng điện ly dịch chuyển dần về phía dạng phân tử nên làm giảm độ tan. Vì vậy, trước khi thực hiện việc hòa tan một chất vào dung dịch (nước), bạn cần hòa tan chất ít tan, rồi hòa tan chất dễ tan.
– Dựa vào hiện tượng đa hình: Tùy theo điều kiện kết tinh mà một chất rắn có thể kết tinh dưới nhiều dạng tinh thể khác nhau như tinh thể hydrat hoặc đồng kết tinh, … Các dạng kết tinh khác nhau có các đặc tính vật lý khác nhau và có độ tan trong dung môi cũng khác nhau. Các tinh thể kém bền hơn cần ít năng lượng để phá vỡ cấu trúc hơn là các tinh thể ở dạng bền hơn do đó nó dễ tan hơn. Tuy nhiên các dạng kết tinh không bền có xu hướng chuyển về dạng bền để ổn định hơn, điều này sẽ làm giảm độ tan của chất rắn.
– Dựa vào hiện tượng hydrat hóa: Hiện tượng hydrat hóa cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của một chất. Trong quá trình kết tinh, chất rắn tồn tại ở dạng khan sẽ có độ tan lớn hơn chất rắn tồn tại ở dạng ngậm nước.
– Yếu tố chất điện ly: Chất điện li trong dung dịch có tác động làm giảm độ tan của chất tan. Vì vậy, bạn cần tiến hành pha loãng chất điện ly trước khi hòa vào dung dịch đảm bảo quá trình tan diễn ra ổn định.
– Căn cứ vào độ pH của dung dịch: Việc kiềm hóa dung môi sẽ làm tăng độ tan của các acid yếu (ví dụ phenylbutazon, …), ngược lại acid hóa dung môi sẽ làm tăng độ tan của các chất kiềm yếu ( ví dụ các alkaloid như strychnine, …). Với các chất lưỡng tính (ví dụ như các acid amin, các sulfamid, …) thì càng gần pH đẳng điện độ tan của nó sẽ càng giảm, do đó cần tăng hoặc giảm pH cách xa điểm đẳng điện để tăng độ tan của chất đó. Ứng dụng điều chỉnh pH đến giá trị thích hợp để dễ dàng hòa tan chất rắn trong dung môi.
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ hòa tan của chất tan:
Tốc độ hòa tan được xác đinh theo công thức sau:
dC/dt= D.A.(Cs-Ct)/h
Trong đó:
– dC/dt là tốc độ hòa tan chất tan
– A là diện tích bề mặt hòa tan
– Cs, Ct lần lượt là nồng độ bão hòa chất tan và nồng độ chất tan tại thời điểm t xác định.
– D là hệ số khuếch tán.
– h là chiều dày lớp khuếch tán.
– Các yếu tố ảnh hưởng :
Diện tích bề mặt hòa tan (A) tăng thì tốc độ hòa tan của chất cũng tăng lên. Do đo có thể làm mịn chất tan bằng các thiết bj thích hợp để tăng diện tích tiếp xúc của các tiểu phân với dung môi.
Chiều dày lớp khuếch tán (h) tăng thì quãng đường khuếch tán của chất dài hơn nên tốc độ hòa tan giảm đi.
Chênh lệch nồng độ Cs-Ct tăng lên thì tốc độ hòa tan chất tan cũng tăng lên
Kích thước tiểu phân : làm nhỏ kích thước tiểu phân sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc với dung môi do đó làm tăng tốc độ hòa tan của chất rắn.
Nhiệt độ : khi tăng nhiệt độ thì tốc độ hòa tan tăng do độ nhớt của dung môi giảm đi đồng thời hệ số khuếch tán D cũng tăng lên. Ứng dụng với các dung môi có độ nhớt cao như propylen glycol, … cần đung nóng trước khi hòa tan dược chất.
5. Bài tập vận dụng:
Ví dụ 1: Ở 25°C”>, hòa tan hết 33 gam NaCl vào 150 gam nước được dung dịch bão hòa. Xác định độ tan của NaCl ở nhiệt độ đó.
Hướng dẫn giải:
Áp dụng công thức tính độ tan: S = mctmdm.100″>
Độ tan của NaCl là:
S = 33150.100″>
Ví dụ 2: Ở 20°C”>, hòa tan m gam KNO3 vào 150 gam nước thì được dung dịch bão hòa. Biết độ tan của KNO3 ở nhiệt độ đó là 30 gam. Tính giá trị của m.
Hướng dẫn giải:
Công thức tính độ tan: S = mctmdm.100″>
Suy ra: mct = S.mdm100″>
Khối lượng KNO3 cần hòa tan 150 gam nước để thu được dung dịch bão hòa là:
m = 30.150100″>
Ví dụ 3: Xác định độ tan của Na2CO3 trong 120 gam nước ở 18°C”>, biết rằng ở nhiệt độ này khối lượng Na2CO3 hòa tan trong nước là 50,4 gam thì thu được dung dịch bão hòa.
Hướng dẫn giải:
Áp dụng công thức tính độ tan: S = mctmdm.100″>
Độ tan của Na2CO3 là:
S = 50,4120.100″>
