Topljivost tvari i vrste otopina

Topljivost je najveća količina neke tvari koja se može otopiti u nekom volumenu otapala pri određenoj temperaturi. Izražava se najčešće masenom ili množinskom koncentracijom otopljene tvari u zasićenoj otopini, a vrlo je čest prikaz ovisnosti koncentracije otopljene tvari o temperaturi. Takav prikaz zove se krivulja topljivosti. Sama krivulja prikazuje pri kojim uvjetima je otopina zasićena (maksimalna količina otopljene tvari u određenom volumenu otapala). Ispod krivulje topljivosti nalazi se područje u kojemu je otopina nezasićena (u takvoj otopini moguće je otopiti još otopljene tvari), a iznad krivulje se nalazi područje u kojemu je otopine prezasićena.

No na jednom prikazu često su prikazane krivulje topljivosti za više od jedne soli.

Proces otapanja krutina možemo rastaviti na dva zamišljena procesa od kojih je za svaki definirana njegova entalpija:

1. razaranje veza u kristalu ili razaranje kristalne strukture,
   Entalpija razaranja kristalne strukture (Δ_ksH) uvijek je veća od 0 (endoterman proces), a njen iznos ovisi o nabojima iona, veličinama iona ili molekula i načinu na koji su ioni ili molekule u kristalu poslagani.
   NaCl(s) ⟶ Na⁺(g) + Cl^-(g), Δ_ksH° > 0
2. hidratacija iona ili molekula u vodi, odnosno solvatacija u nekome drugom otapalu.
   Proces opisuje da se ioni ili molekule okružuju molekulama vode ili nekoga drugog otapala. Entalpija hidratacije (Δ_hidH) uvijek je manja od 0 (egzoterman proces)
   Na⁺(g) + Cl^-(g) ⟶ Na⁺(aq) + Cl^-(aq), Δ_hidH° < 0

Entalpija otapanja soli jednaka je zbroju entalpije razaranja veza u kristalu i entalpije hidratacije:

S obzirom na vrijednost entaplije otapanja, proces otapanja tvari u nekom otapalu može biti:

a) egzoterman,

Entalpija kristalne strukture po iznosu je manja od iznosa entalpije hidratacije pa je i vrijednost same entaplije otapanja negativna. Primjeri egzotermnih procesa jesu otapanje kalcijeva klorida, litijeva klorida, magnezijeva jodida i natrijeva sulfata. Otapanjem ovih soli otopina se hladi, a topljivost se smanjuje povišenjem temperature.

Na sljedećem prikazu pokazano je kako crtamo entalpijski dijagram otapanja natrijeva sulfata.

b) endoterman,

Entalpija kristalne strukture po iznosu je veća od iznosa entalpije hidratacije pa je i vrijednost same entalpije otapanja pozitivna. Primjeri endotermnih procesa jesu otapanje kalijeva klorida, natrijeva klorida, kalijeva nitrata. Otapanjem ovih soli otopina se grije, a topljivost se povećava povišenjem temperature.

Na sljedećem prikazu pokazano je kako crtamo entalpijski dijagram otapanja kalijeva klorida.

c) izoterman.

Entalpija kristalne strukture po iznosu je jednaka entalpiji hidratacije pa je i vrijednost same entalpije otapanja otprilike 0. Primjeri izotermnih procesa jesu otapanje natrijeva klorida. Otapanjem ovih soli ne dolazi do promjene temperature otopine, a topljivost se ne mijenja povišenjem temperature.

Otapanje plinova u tekućini

Fizikalno otapanje plinova jest otapanje koje se događa samo zbog tlaka tog plina iznad tekućine, pri čemu ne nastaje kemijska veza između molekula plina i molekula otapala (primjerice, otapanje kisika u vodi).

Kemijsko otapanje plinova je otapanje u kojem nastajanjem kemijskih veza između molekula plina i molekula otapala nastaje nova tvar (primjerice, otapanje amonijaka u vodi, pri čemu nastaje amonijeva lužina).

Na slici je prikazana krivulja topljivosti ugljikova(IV) oksida pri tlaku od 1 bar. Ono što je moguće primijetiti jest da se topljivost smanjuje povećanjem temperature. Taj proces moguće je primijetiti ukoliko neko hladno gazirano piće ostavimo na toplijem mjestu. Više će mjehurića plina nastajati pri većoj temperaturi.