- Kuidas mõjutab temperatuur ainete lahustuvust?
- Mis juhtub kui kõrgemal temperatuuril valmistatud küllastunud soolalahus jahtub?
- Miks gaaside lahustuvus enamasti väheneb, kui vee temperatuuri tõsta?
Kuidas valmistada kristalle?
Tahkete ainete puhastamiseks kasutatakse sageli ümberkristallimise meetodit. Kõrgemal temperatuuril lahustub puhastatav aine paremini kui madalamal temperatuuril. Seetõttu lahustatakse aine väikeses lahusti koguses kõrgel temperatuuril ja saadakse küllastunud lahus. Segu jahtumisel hakkab puhastatav aine lahusest kristallidena välja sadenema. Tavaliselt on puhastatavat ainet lahuses palju rohkem kui lahustunud lisandeid ning see sadeneb esimesena, lisandid jäävad lahusesse.
Tahkete ainete lahustuvuse sõltuvus temperatuurist
Tahkete ainete lahustumine vees on enamasti endotermiline protsess, s.t tahke aine kristallivõre lõhkumiseks peab kulutama rohkem energiat, kui eraldub osakeste hüdraatumisel (v.t ptk 3.2). Kui tõsta temperatuuri, muutuvad osakestevahelised sidemed kristallivõres nõrgemaks ning aine lahustuvus vees on suurem.
Mõne tahke aine lahustuvus sõltub temperatuurist väga palju (nt KNO3), teiste puhul aga peaaegu üldse mitte (nt NaCl). On üksikuid tahkeid aineid, mille lahustuvus vees temperatuuri tõstmisel hoopis kahaneb (nt Li2SO4).
Aine lahustuvuse temperatuurisõltuvust kujutatakse sageli lahustuvuskõverana graafikul. Lahustuvuskõvera kuju võib olla keerukas, kuna mingis temperatuurivahemikus võib aine lahustuvus kasvada, teises vahemikus hoopis kahaneda.
Tahkete ainete lahustuvus vees enamasti suureneb, kui vee temperatuuri tõsta.
- 10 ℃ juures on kõigist graafikul esitatud sooladest kõige väiksema lahustuvusega NaCl.
- 20 ℃ juures on NaCl lahustuvus väiksem kui K2CO3 lahustuvus.
- KNO3 ja K2CO3 lahustuvus on võrdne umbes 43 ℃ juures.
- 50 ℃ juures lahustub 100 g vees maksimaalselt 200 g NH4I.
Tahkete ainete lahustumine vees on enamastiprotsess ja seetõttu tahkete ainete lahustuminetemperatuurist. Kõrgemal temperatuuril muutuvad kristallivõres sidemedning aine lahustuvus vees on enamasti. Kui vee temperatuuri alandada, siis tahkete ainete lahustuvus vees enamasti.
Ainete lahustuvuse sõltuvust temperatuurist kujutataksegraafikul.
Gaasiliste ainete lahustuvus vedelikes
Ka gaaside lahustuvus sõltub temperatuurist. Kui tõsta temperatuuri, hakkavad gaasi osakesed tugevamalt võnkuma ning vastastoime veemolekulidega nõrgeneb. Seega gaaside lahustuvus temperatuuri tõstmisel enamasti väheneb. Näiteks süsinikdioksiidi lahustuvus vees sõltub temperatuurist väga palju, hapniku lahustuvust vees temperatuur peaaegu ei mõjuta.
Gaasiliste ainete lahustuvus vees enamasti kahaneb, kui vee temperatuuri tõsta.
Gaasi lahustuvust vees mõjutab ka gaasi rõhk lahuse kohal: gaasi lahustuvus vees suureneb, kui rõhku tõsta. Näiteks karastusjooke valmistades lahustatakse süsinikdioksiid joogis kõrge rõhu all. Kui pudel avada, langeb gaasi rõhk vedeliku kohal, gaasi lahustuvus väheneb ja gaas eraldub mullidena.
- Gaasiliste ainete lahustuvus kasvab temperatuuri tõustes.
- Kõige enam mõjutab temperatuur CO2 lahustuvust vees.
- Kui temperatuuri tõsta, siis O2 lahustuvus väheneb.
- 45 ℃ juures lahustub 100 g vees umbes 70 ml CO2.
Kõrgemal temperatuuril võnguvad gaasi osakesedning vastastoime vee molekulidega. Seetõttu gaaside lahustuvus temperatuuri tõstmisel enamasti.
Gaaside lahustuvust gaasi rõhk lahuse kohal. Kui rõhku tõsta, gaasi lahustuvus vees.
Näidisülesanne
Kaaliumnitraadi (KNO3) puhastamiseks otsustati seda ümberkristallida. Selleks valmistati 150 grammist kaaliumnitraadist 100 °C juures küllastunud lahus, mis seejärel jahutati temperatuurini 8 °C.
- Mitu grammi vett tuli võtta, et valmistada 150 g kaaliumnitraadist temperatuuril 100 °C küllastunud lahus?
- Kui palju kaaliumnitraati sadenes kristallidena lahusest välja, kui see jahutati temperatuurini 8 °C?
Lahendus
1. Lahustuvusgraafikult leiame, et 100 °C juures lahustub 100 g vees umbes 240 g kaaliumnitraati. Küllastunud lahuse moodustava soola ja vee massi suhe jääb kindlal temperatuuril alati samaks. Arvutame 150 g KNO3 lahustumiseks vajaliku vee koguse ristkorrutise abil.
2. Lahustuvusgraafikult leiame, et 8 °C juures on KNO3 lahustuvus 20 g 100 g vees. Vee kogus lahuse jahutamisel ei muutu, seega saame arvutada, kui palju ainet on lahustunud 62,5 g vees 8 °C juures. Selleks kasutame taas ristkorrutist.
Ümberkristallimiseks võeti 150 grammi KNO3, pärast lahuse jahutamist oli lahuses 12,5 grammi soola ja ülejäänu sadenes kristallidena välja.
Vastus. 1. 150 grammist kaaliumnitraadist 100 °C juures küllastunud lahuse valmistamiseks tuli võtta 62,5 grammi vett. 2. Lahuse jahutamise tulemusena sadenes välja 137,5 g KNO3.
Lisalugemine. Üleküllastunud lahused
Üleküllastunud lahused sisaldavad lahustunud ainet rohkem kui küllastunud lahused samadel tingimustel. Üleküllastunud lahus tekib, kui küllastunud lahuse tingimuste muutmine põhjustab aine lahustuvuse vähenemise. Ehkki üleküllastunud lahused on ebastabiilsed, võib üleliigse lahustunud aine eraldumine lahusest võtta palju aega. Kristallide moodustumiseks või gaasimullide eraldumiseks peab lahusega kokkupuutuval pinnal esinema ebaühtlusi, lahuses leiduma tolmukübemeid, muid tahkeid osakesi või juhuslikult kokku sattunud lahustunud aine osakestest moodustunud kogumeid. Aine ümberkristallimisel võidakse kristalliseerumine algatada anuma pinna kraapimisega või puhta aine kristalli lisamisega üleküllastunud lahusesse.
Ma tean, et...
- Tahkete ainete lahustuvus vees enamasti suureneb, kui vee temperatuuri tõsta.
- Gaasiliste ainete lahustuvus vees enamasti kahaneb, kui vee temperatuuri tõsta.
- Gaasiliste ainete lahustuvus vees suureneb, kui rõhku tõsta.
Küsimused
- Kuidas sõltub erinevate soolade lahustuvus vees temperatuurist?
- Millist infot saab ainete lahustuvuse kohta lahustuvusgraafikult?
- Miks gaasiliste ainete lahustuvus väheneb, kui lahuse temperatuuri tõsta?
- Millist muutust märkad veega täidetud klaasis, mis on mõnda aega soojas ruumis seisnud? Miks selline muutus toimub?
