Cách để Xác định độ tan

Trong hóa học, độ tan được sử dụng để mô tả tính chất của hợp chất rắn khi được hòa tan hoàn toàn trong chất lỏng mà không để lại bất kì cặn không tan nào. Chỉ có hợp chất ion (có điện tích) là tan được. Trên thực tế, bạn chỉ cần học thuộc vài nguyên tắc hoặc tra cứu tài liệu là đủ để biết liệu hợp chất ion sẽ giữ nguyên trạng thái rắn khi cho vào nước hay một lượng lớn sẽ hòa tan. Thật ra một số lượng phân tử nào đó sẽ hòa tan cho dù bạn không thấy sự thay đổi, vì vậy để thí nghiệm chính xác thì bạn phải biết cách tính lượng chất hòa tan này.

Phương pháp 1

Phương pháp 1 của 2:

Sử dụng các nguyên tắc nhanh

Tải về bản PDF

1
Tìm hiểu về hợp chất ion. Mỗi nguyên tử thường có một số lượng electron nhất định, nhưng đôi khi nó nhận thêm hoặc cho đi một electron. Quá trình này khiến nó trở thành một ion mang điện tích. Khi một ion có điện tích âm (dư một electron) gặp một ion có điện tích dương (thiếu một electron), chúng sẽ liên kết với nhau giống như cực âm và cực dương của hai cục nam châm. Kết quả tạo thành một hợp chất ion.
- Ion có điện tích âm gọi là anion, và ion có điện tích dương gọi là cation.
- Bình thường số electron trong nguyên tử bằng với số proton, do đó nó không mang điện tích.
2
Hiểu về độ tan. Phân tử nước (H₂O) có cấu trúc bất thường nên nó tương tự như cục nam châm: một đầu có điện tích dương và đầu còn lại có điện tích âm. Khi bạn cho hợp chất ion vào nước, các "nam châm" nước này sẽ tập hợp quanh nó, cố gắng kéo các ion dương và ion âm tách khỏi nhau.^{[1]XNguồn nghiên cứu}
- Một số hợp chất ion không hút chặt vào nhau lắm, chúng được xem là tan được vì sẽ bị tách rời và hòa tan khi cho vào nước. Các hợp chất khác có liên kết mạnh hơn nên không tan vì các ion hút chặt vào nhau bất kể lực hút của phân tử nước.
- Một số hợp chất có lực liên kết tương đương với sức hút của phân tử nước. Chúng được xem là tan ít vì phần lớn hợp chất sẽ bị tách rời nhưng phần còn lại vẫn hút vào nhau.
3
Tìm hiểu nguyên tắc hòa tan. Vì sự tương tác giữa các nguyên tử khá phức tạp nên bạn không thể dựa hoàn toàn vào trực giác để phân biệt hợp chất nào có thể hay không thể tan. Tra ion đầu tiên trong hợp chất trên danh sách dưới đây để biết tính chất thông thường của nó, rồi kiểm tra các ngoại lệ để đảm bảo ion thứ hai không có tương tác bất thường với nó.
- Ví dụ, để kiểm tra stronti clorua (SrCl₂), bạn hãy tra Sr hoặc Cl trong các bước in đậm dưới đây. Cl "thường tan được" nên bạn kiểm tra các ngoại lệ bên dưới nó. Sr không có trong danh sách ngoại lệ nên SrCl₂ phải là chất tan được.
- Các ngoại lệ thường gặp nhất đối với mỗi nguyên tắc được viết bên dưới nguyên tắc đó. Còn có các ngoại lệ khác, nhưng những trường hợp này khó có thể xảy ra trong giờ học hóa hay giờ thí nghiệm bình thường.
4
Hợp chất tan được khi chúng chứa các kim loại kiềm như Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ và Cs⁺. Các kim loại này còn được gọi là nguyên tố thuộc Nhóm IA: liti, natri, kali, rubidi và xêsi. Hầu hết mọi hợp chất chứa một trong các ion này đều tan được.
- Ngoại lệ: Li₃PO₄ không tan được.
5
Các hợp chất của NO₃^-, C₂H₃O₂^-, NO₂^-, ClO₃^- và ClO₄^- đều tan được. Tên gọi tương ứng với các ion trên là nitrat, acetat, nitrit, clorat và peclorat. Lưu ý rằng acetat thường được viết tắt là OAc.^{[2]XNguồn nghiên cứu}
- Ngoại lệ: Ag(OAc) (bạc acetat) và Hg(OAc)₂ (thủy ngân acetat) không tan được.
- AgNO₂^- và KClO₄^- chỉ "tan ít".
6
Các hợp chất của Cl^-, Br^- và I^- thường tan được. Các ion clorua, bromua và iotua hầu như luôn luôn tạo thành hợp chất tan được, gọi là muối halogen.
- Ngoại lệ: Nếu bất kì ion nào trên đây kết hợp với ion bạc Ag⁺, thủy ngân Hg₂²⁺, hoặc chì Pb²⁺, sẽ tạo thành hợp chất không tan. Điều này cũng đúng đối với các hợp chất ít phổ biến được tạo thành khi kết hợp với đồng Cu⁺ và tali Tl⁺.
7
Các hợp chất chứa SO₄^2- thường tan được. Ion sunfat thường tạo thành hợp chất tan được, nhưng có nhiều ngoại lệ.
- Ngoại lệ: Ion sunfat tạo thành hợp chất không tan với các ion sau: stronti Sr²⁺, bari Ba²⁺, chì Pb²⁺, bạc Ag⁺, canxi Ca²⁺, radi Ra²⁺, và bạc hai nguyên tử Ag₂²⁺. Lưu ý rằng bạc sunfat và canxi sunfat chỉ hòa tan vừa phải nên một số người xem chúng là hòa tan ít.
8
Các hợp chất chứa OH^- hoặc S^2- không tan được. Tên gọi tương ứng của các ion này là hidroxit và sunfit.
- Ngoại lệ: Bạn có nhớ các kim loại kiềm (Nhóm I-A) và việc chúng ưa tạo thành hợp chất tan được? Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ và Cs⁺ tất cả đều tạo thành hợp chất tan được với ion hidroxit hoặc sunfit. Ngoài ra, hidroxit tạo thành muối tan được với ion kim loại kiềm thổ (Nhóm II-A): canxi Ca²⁺, stronti Sr²⁺, và bari Ba²⁺. Lưu ý: các hợp chất có cấu tạo từ hidroxit và kim loại kiềm thổ thực sự có một số đáng kể các phân tử vẫn giữ liên kết với nhau nên đôi khi được xem là "tan ít".
9
Các hợp chất chứa CO₃^2- hay PO₄^3- không tan được. Kiểm tra lần cuối đối với các ion cacbonat và phosphat, và bạn sẽ biết hợp chất của mình có thể tan hay không.
- Ngoại lệ: Các ion này tạo thành hợp chất tan được với các kim loại kiềm như Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ và Cs⁺, cũng như với ion amoni NH₄⁺.
Quảng cáo

Phương pháp 2

Phương pháp 2 của 2:

Tính độ tan từ hằng số K_sp

Tải về bản PDF

1
Tra hằng số tích số tan K_sp. Hằng số này khác nhau đối với từng hợp chất, do đó bạn phải tra nó trên đồ thị trong sách giáo khoa hoặc tra trực tuyến. Vì các giá trị này được xác định bằng thực nghiệm nên có thể khác nhau đáng kể giữa các đồ thị, tốt nhất bạn nên sử dụng đồ thị của sách giáo khoa nếu có. Trừ khi được xác định khác đi, hầu hết các đồ thị đều giả định nhiệt độ thí nghiệm là 25ºC.
- Ví dụ, giả sử bạn đang hòa tan chì iotua có công thức PbI₂, hãy viết hằng số tích số tan của nó. Nếu tham khảo đồ thị tại trang bilbo.chm.uri.edu thì bạn sử dụng hằng số 7,1×10^–9.
2
Viết phương trình hóa học. Đầu tiên, xác định cách thức phân tách thành ion của hợp chất này khi được hòa tan. Sau đó viết phương trình với K_sp ở một vế và các ion thành phần bên vế còn lại.
- Ví dụ, một phân tử PbI₂ phân tách thành các ion Pb²⁺, I^-, và I^-. (Bạn chỉ cần biết hoặc tra điện tích của một ion, vì toàn bộ hợp chất luôn luôn trung hòa về điện).
- Viết phương trình 7,1×10^–9 = [Pb²⁺][I^-]²
- Phương trình này là hằng số độ hòa tan, bạn có thể tìm ra cho 2 ion trong biểu đồ độ hòa tan. Vì có 2 l- ion, l- phải được mũ hai.
3
Biến đổi phương trình để sử dụng các biến số. Viết lại phương trình theo phương pháp đại số bình thường, sử dụng thông tin bạn biết về số phân tử và ion. Đặt x bằng khối lượng hợp chất sẽ hòa tan, và viết lại phương trình với x đại diện cho số lượng mỗi ion.
- Trong ví dụ này, chúng ta cần viết lại phương trình 7,1×10^–9 = [Pb²⁺][I^-]²
- Vì chỉ có một ion chì (Pb²⁺) trong hợp chất nên số phân tử bị hòa tan sẽ bằng với số ion chì tự do. Do đó chúng ta có thể đặt [Pb²⁺] là x.
- Vì có hai ion iốt (I^-) cho mỗi ion chì nên chúng ta đặt số nguyên tử iốt bằng 2x.
- Bây giờ phương trình trở thành 7,1×10^–9 = (x)(2x)²
4
Tính đến các ion chung nếu có. Bỏ qua bước này nếu bạn đang hòa tan hợp chất trong nước cất. Nếu hợp chất được hòa tan trong dung dịch đã có một hoặc nhiều ion thành phần ("ion chung"), thì độ tan của hợp chất sẽ giảm đáng kể.^{[3]XNguồn nghiên cứu} Ảnh hưởng của ion chung sẽ rõ nhất đối với các hợp chất hầu như không tan, và trong trường hợp này bạn có thể cho rằng đa số các ion tại điểm cân bằng là các ion đã có sẵn trước đó trong dung dịch. Viết lại phương trình để tính đến nồng độ mol (mol trên lít hay M) của các ion đã có sẵn trong dung dịch, thay giá trị này vào biến x mà bạn sử dụng cho ion đó.^{[4]XNguồn nghiên cứu}
- Ví dụ, nếu hợp chất chì iotua được hòa tan trong dung dịch chì clorua 0,2M (PbCl₂), chúng ta sẽ viết lại phương trình là 7,1×10^–9 = (0,2M+x)(2x)². Vì 0,2M là nồng độ cao hơn so với x nên chúng ta có thể viết lại thành 7,1×10^–9 = (0,2M)(2x)².
5
Giải phương trình. Giải tìm x, và bạn sẽ biết độ tan của hợp chất. Theo định nghĩa của hằng số tan, bạn phải viết đáp án theo số mol hợp chất được hòa tan trên một lít nước. Có thể bạn phải dùng máy tính để tìm đáp án cuối cùng.
- Ví dụ sau đây là độ tan trong nước cất không có bất kì ion chung nào.
- 7,1×10^–9 = (x)(2x)²
- 7,1×10^–9 = (x)(4x²)
- 7,1×10^–9 = 4x³
- (7,1×10^–9) ÷ 4 = x³
- x = ∛((7,1×10^–9) ÷ 4)
- x = 1,2 x 10^-3 mol trên lít sẽ hòa tan. Đây là khối lượng rất nhỏ, do đó hợp chất này hầu như không tan.
Quảng cáo

Những thứ bạn cần

Bảng hằng số tích số tan của hợp chất (K_sp)

Lời khuyên

Nếu bạn có dữ liệu thực nghiệm về lượng hợp chất được hòa tan thì có thể sử dụng phương trình tương tự để giải tìm hằng số tan K_sp.^{[5]XNguồn nghiên cứu}

Cảnh báo

Không có sự thống nhất về định nghĩa của các thuật ngữ này, nhưng các nhà hóa học nhất trí về đa số các hợp chất. Một số hợp chất đặc biệt trong đó các phân tử hòa tan và không tan đều chiếm thành phần đáng kể, mỗi bảng độ tan mô tả khác nhau về những hợp chất này.
Một số sách giáo khoa cũ xem NH₄OH là hợp chất tan được. Điều này không đúng; người ta phát hiện một lượng nhỏ ion NH₄⁺ và OH^- nhưng hai ion này không thể kết hợp thành hợp chất.^{[6]XNguồn nghiên cứu}