你知道紙樹也能開花嗎? 將紙做的樹浸放在裝有神奇水溶液的盤子上, 放置一段時間後, 紙樹會從末梢漸漸的出現像花一樣的結晶體, 到了第二天就能變成一顆很漂亮的花樹。 但~為什麼紙樹會開花呢? 其實, 這是因為當紙樹浸入水溶液後, 紙會藉由毛細現象開始吸水, 使水溶液佈滿整棵樹。 而在靜置一段時間後, 水分會從紙樹末端開始慢慢蒸發, 使得水溶液濃度越來越高, 最後達到飽和而析出晶體。 聰明的你發現了嗎? 我們在國中學過, 溶質在定溫下有一定的溶解度, 當溶液達飽和狀態時, 多餘的溶質便會無法溶解而形成沉澱析出。 所以當紙樹上水溶液中的水分漸漸蒸發, 就表示溶劑越來越少, 因此溶質就沒有足夠的溶劑 可以繼續維持溶解的狀態而漸漸析出, 析出的溶質會呈現如雪花狀般的結晶體, 最後當溶劑全部蒸發完後, 就會看起來像是一顆開滿花的樹。 溶解度指得是在定溫下, 定量溶劑所能溶解特定溶質的最大量。 也就是說, 溶解度就是飽和溶液的濃度。 怎麼樣? 你有沒有過和我相同的疑惑:聽起來溶解度也是濃度的感覺, 但溶解度跟濃度有什麼相同和不同之處? 想到了嗎? 同溫下, 我們可以配製出數種不同濃度的溶液, 但只有濃度最大的是溶解度, 這點不同。 另外因為溶解度是溶液最大的濃度, 所有的濃度表示法都可以用來表示溶解度, 這點相同。 接下來介紹三種常見的溶解度表示法: 首先是我們在國中時就學過, 最常見的溶解度表示法: 溶解度等於每100公克溶劑可溶解的最大溶質公克數。 以食鹽在25°C時的溶解度為例, 每100公克水可溶36.0公克氯化鈉。 第二個是重量百分率濃度, 也就是每100公克溶液中含有的溶質克數。 溶質36.0公克除以溶液 公克然後乘以百分比, 可得出重量百分率濃度為26.5% 第三種是體積莫耳濃度, 也就是每公升溶液體積 中含有的溶質莫耳數。 氯化鈉莫耳數為36.0克除以其原子質量--鈉23加上氯35.5; 而溶液體積為溶質36.0克加溶劑100克, 除以25°C時的飽和食鹽水密度1.202g/mL, 並將毫升換算成公升; 可得出體積莫耳濃度為5.4M。 當然, 除了這三種以外, 只要是濃度單位,都可以表示溶解度。 我們知道當含A物質的溶液濃度為溶解度時, 代表該溶液溶解A溶質已達到最大量。 但是溶解的最大量, 並不代表每個物質溶解的最大量數值, 就一定很大! 而是代表這些定量的溶劑, 已經無法再溶解更多特定的溶質, 也就是說飽和溶液並不代表濃度一定很高, 也可能是稀薄溶液! 例如:從這張不同物質對20°C水的溶解度表中, 可以看出: 同樣是20°C 100公克的水, 加入氫氧化鈣最多只能溶解0.173公克, 就無法繼續溶解; 但加入葡萄糖卻可以溶解87.67公克, 溶解的量是氫氧化鈣的506倍! 因此, 根據溶解的程度 可以將物質分成:可溶、微溶與難溶三種。 一般說來, 當我們以體積莫耳濃度來表示溶解度時: 溶解度大於 10⁻¹M 者屬於可溶 溶解度小於 10⁻⁴ M 者屬於難溶 溶解度介於10⁻⁴ ~ 10⁻¹ M者屬於微溶 知道特定物質在溶劑中的溶解程度, 才能知道目前配製到的溶液狀態喔! 也就是說, 我們可以用”是否達到溶解度”, 將溶液區分成“未飽和溶液”、“飽和溶液”和“過飽和溶液”。 配製這三種溶液並不難, 我們只要遵守前面的原則, 定溫下準備定量的溶劑, 將特定的溶質加入溶劑中攪拌, 只要溶質能溶解消失就是還沒飽和, 然後持續加入溶質, 使溶液濃度升高, 直到溶質不再溶解, 就是飽和溶液。 當我們在高溫下配製飽和溶液, 並加熱至溶質完全消失後靜置降溫, 可發現溶質的溶解量超過了 比原本這個溫度下可以溶解的更多的溶質, 而得到過飽和溶液。 這種過飽和溶液的性質不穩定, 加入一小塊溶質晶體或外力擾動, 即能引發超過溶解度的溶質結晶析出, 直到溶液達飽和。 暖暖包裡的溶液正是過飽和的醋酸鈉水溶液, 利用醋酸鈉析出時放熱的特性, 巧妙地應用於暖暖包設計喔! 想一想, 關於飽和溶液, 你認為誰的說法是正確的? 你答對了嗎? 其實,飽和溶液可以繼續溶解溶質喔! 只是不能溶解更多的溶質。 不相信嗎? 我們可以透過一個簡單的實驗來證明。 將一杯飽和溶液的沉澱物先堆成丘狀, 在定溫下靜置不理它, 過幾天後 可以發現原本的沉澱物形狀改變了。 為什麼靜置下, 沉澱的形狀會改變呢? 這個可以一直溶解卻又不會增加濃度的秘密是什麼呢? 想到了嗎? 這個秘密就是飽和溶液中, 溶解和沉澱的速率一樣。 飽和溶液中的溶質, 其實是一邊溶解, 一邊又因為溶質達到飽和而析出沉澱, 處於一種“動態平衡”的狀態, 不會停止, 所以沉澱物堆積的形狀 才會在靜置的情形下還產生改變。 學習完溶解度的觀念後, 讓我們來做個重點整理吧!