Công thức tính độ tan của nước dễ hiểu nhất và các yếu tố ảnh hưởng

Công thức tính độ tan có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực thực tiễn như y dược, công nghệ thực phẩm và xử lý môi trường. Cùng Fujiion Việt Nam tìm hiểu chi tiết độ tan là gì, công thức tính đơn giản cùng yếu tố ảnh hưởng và bảng độ tan chi tiết ngay trong bài viết sau nhé!

Khái niệm độ tan của một chất

Độ tan của một chất trong nước được hiểu theo nghĩa là lượng chất tối đa có thể hòa tan trong 100 gam nước ở một nhiệt độ xác định để tạo thành dung dịch bão hòa. Các chất có độ tan lớn được gọi là chất dễ tan, trong khi những chất có độ tan rất nhỏ được coi là chất khó tan hoặc chất ít tan.

Độ tan của mỗi chất phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất tan và dung môi, cũng như nhiệt độ, áp suất và pH của môi trường,...  Để xác định được chính xác độ tan của một chất bạn cần nắm vững và áp dụng chính xác công thức tính độ tan dưới đây.

Công thức tính độ tan của một chất

1. Công thức tính độ tan S

Độ tan S của một chất được tính theo công thức:
S = (m_chất tan / m_dung môi) × 100

Trong đó:

S: độ tan của chất (gam chất/100 gam dung môi)
m_chất tan: khối lượng chất tan tối đa có thể hòa tan (gam)
m_dung môi: khối lượng dung môi (gam)

Công thức tính độ tan này áp dụng cho đa số các chất rắn dạng tinh thể tan trong nước hoặc dung môi khác. Đối với chất rắn có thể kết tinh dưới dạng ngậm nước, cần lưu ý tính toán theo khối lượng chất dạng khan.

Đọc thêm: Khái niểm nước cứng

2. Công thức tính nồng độ dung dịch bão hòa C

Khi tạo ra một dung dịch ở trạng thái bão hòa, nồng độ dung dịch có quan hệ trực tiếp với độ tan:

C% = (S / (100 + S)) × 100%
Hoặc có thể tính theo công thức:
C% = (m_chất tan / m_dung dịch) × 100%

Nồng độ phần trăm dung dịch bão hòa cho biết tỉ lệ khối lượng chất tan so với tổng khối lượng dung dịch.

Quan hệ giữa độ tan và nồng độ dung dịch bão hòa giúp chúng ta dễ dàng chuyển đổi giữa hai đại lượng này. Khi biết độ tan, ta có thể tính được nồng độ của dung dịch đồng nhất tối đa có thể đạt được.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của một chất

1. Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đến độ tan của các chất. Đối với phần lớn chất rắn, khi nhiệt độ tăng thì độ tan cũng tăng theo. Ví dụ thực tế nhất khi pha đường vào nước nóng, bạn sẽ thấy đường tan nhanh và nhiều hơn so với nước lạnh. 

Tuy nhiên, đối với các chất khí khi nhiệt độ tăng, độ tan của chất khí giảm. Bởi nhiệt độ cao khiến phân tử khí chuyển động nhanh hơn và dễ thoát khỏi bề mặt dung dịch ra môi trường.

2. Áp suất

Áp suất chủ yếu ảnh hưởng đến độ tan của chất khí trong dung môi lỏng. Theo định luật Henry, độ tan của chất khí có tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí đó trên mặt chất lỏng. Khi áp suất tăng, khí vào dung môi nhiều hơn, tạo thành dung dịch bão hòa với nồng độ cao hơn.

Điều này giải thích tại sao nước ngọt có ga khi mở nắp sẽ sủi bọt - áp suất giảm đột ngột làm chất khi có độ tan giảm (CO2), khiến nó thoát ra khỏi dung dịch. Đối với các chất rắn và chất lỏng, áp suất ít có tác động đáng kể.

3. Độ phân cực của chất tan và dung môi

Nguyên tắc cùng loại hòa tan lẫn nhau là quy luật quan trọng trong hóa học. Chất phân cực dễ tan trong dung môi phân cực, còn chất ít phân cực tan tốt trong dung môi hữu cơ kém phân cực.

Ví dụ đường hoặc muối ăn (NaCl) là những chất phân cực mạnh, vì thế chúng hòa tan tốt trong nước (dung môi phân cực).

Dầu ăn hay mỡ động vật lại không tan trong nước vì chúng không phân cực, nhưng lại tan rất tốt trong dung môi hữu cơ như xăng, benzen hoặc ether.

4. Hiện tượng hydrat hóa

Khi các ion hoặc phân tử chất tan tương tác với phân tử nước, chúng có thể tạo thành phức hợp hydrat. Một số chất rắn có thể tồn tại ở hai dạng: dạng tinh thể khan và dạng kết tinh ngậm nước. Ví dụ, đồng sunfat có thể ở dạng CuSO₄ (khan) hoặc CuSO₄.5H₂O (ngậm nước).

Ở cùng điều kiện, dạng khan của chất rắn thường có độ tan cao hơn do không bị ảnh hưởng bởi các phân tử nước đã liên kết sẵn trong mạng tinh thể.

5. pH

pH của dung dịch cũng ảnh hưởng lớn đến độ tan của một chất. Khi pH tăng, độ tan của các axit yếu thường tốt hơn vì chúng bị chuyển hóa thành muối dễ tan trong nước. Trong môi trường có pH thấp (chất kiềm yếu), các axit yếu tồn tại chủ yếu ở dạng phân tử, nên khả năng hòa tan giảm rõ rệt.

Ví dụ, canxi cacbonat (CaCO₃) khó tan trong nước trung tính nhưng tan tốt trong dung dịch axit do tạo thành muối canxi và giải phóng CO₂.

Đọc thêm: Độ pH là gì

6. Chất điện ly

Sự có mặt của chất điện ly trong dung dịch hóa học làm giảm độ tan của chất thông qua hiện tượng ion cùng tên. Ví dụ: Khi thêm NaCl vào dung dịch chứa AgCl, AgCl khó tan hơn do nồng độ ion Cl⁻ tăng, khiến dung dịch sớm đạt trạng thái bão hòa.

Tuy nhiên, trong một số dung dịch đồng nhất, việc thêm chất điện ly khác loại lại giúp tăng độ tan của hợp chất. Ví dụ, khi thêm NaNO₃ vào dung dịch chứa AgCl, các ion NO₃⁻ không trùng với ion Cl⁻ nên có thể làm tăng độ tan của AgCl.

Nhớ bảng độ tan của một số chất hóa học phổ biến

Để thuận tiện cho việc tra cứu và tính toán, dưới đây là bảng tính tan của một số chất thường gặp ở 25°C, giúp bạn hình dung rõ khả năng hòa tan trong nước:

Ngoài việc nắm được công thức tính độ tan, hiểu và biết cách đọc nhớ bảng tính tan cũng rất quan trọng. Nhờ đó, bạn có thể so sánh khả năng hòa tan giữa các chất, dự đoán hiện tượng kết tủa hay bão hòa khi pha trộn dung dịch, và ứng dụng trong thực tế.

Ứng dụng thực tế của độ tan trong đời sống và sản xuất

Công thức tính độ tan có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau:

Y dược - mỹ phẩm: sử dụng để tính toán độ tan nhằm kiểm soát nồng độ dung dịch, đảm bảo độ ổn định và khả năng hấp thụ của sản phẩm được tạo ra.

Công nghệ thực phẩm: Độ tan ảnh hưởng đến vị, màu, độ đồng nhất của sản phẩm. Việc kiểm soát độ tan giúp tối ưu hóa quy trình và chất lượng sản phẩm.

Xử lý môi trường: Hiểu biết về độ tan giúp xử lý nước thải, loại bỏ kim loại nặng bằng cách tạo kết tủa hoặc điều chỉnh pH. Quá trình làm mềm nước cứng cũng liên quan đến độ tan của các muối canxi và magie.

Địa chất: Độ tan giúp giải thích hiện tượng hình thành hang động đá vôi, quá trình phong hóa đá và vận chuyển khoáng chất trong đất.

Công nghiệp hóa chất: Quy trình tinh chế, kết tinh và tách chất đều dựa trên sự khác biệt về độ tan. Nắm vững công thức tính độ tan, các chất tan giúp kiểm soát tốt quá trình kết tinh, sản xuất, từ đó tăng hiệu suất tách chiết, giảm hao phí nguyên liệu.

Công thức tính độ tan là công cụ quan trọng với nhiều ứng dụng trong bộ môn hóa học, đời sống và sản xuất, giúp dự đoán và kiểm soát quá trình hòa tan chất trong dung môi để tạo dung dịch và phục vụ nhiều nhu cầu thực tế. Thông qua bài viết này, hy vọng bạn có thể hiểu rõ hơn về độ tan. Đừng quên theo dõi Fujiion Việt Nam để nhận thông tin hữu ích và nhận tư vấn chi tiết về sản phẩm máy lọc nước ion kiềm cao cấp - FUJI WPF138.