Độ tan là gì? Công thức tính độ tan và các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của một chất
Khi tìm hiểu về một chất hay một hợp chất bất kỳ, bạn sẽ luôn bắt gặp thông tin về độ tan trong phần đặc điểm vật lý. Vậy độ tan là gì và những yếu tố nào quyết định khả năng hòa tan đó? Cùng Fujiion Việt Nam khám phá khái niệm độ tan, công thức tính và các yếu tố ảnh hưởng để hiểu rõ hơn về tính chất quan trọng này.
Độ tan là gì?
Độ tan là đại lượng đặc trưng cho khả năng tối đa của chất tan có thể hòa tan trong một lượng dung môi nhất định ở nhiệt độ và áp suất xác định. Nói cách khác, độ tan cho biết số gam chất đó tan trong 100 gam nước để tạo thành dung dịch bão hòa.
Độ tan của các chất quyết định việc các hợp chất như canxi, magie, natri có thể hoà tan trong 100 gam nước như thế nào. Độ tan của chất trong nước được tính dựa trên lượng tối đa mà chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí có thể hoà tan để tạo dung dịch đồng nhất.
Đọc thêm: Nồng độ chất tan là gì
Công thức tính độ tan
1. Công thức tính độ tan
Công thức tính độ tan cơ bản: S = (mchất tan / mdung môi) × 100
Trong đó:
S là độ tan (số gam chất đó tan trong 100g dung môi)
mchất tan là khối lượng chất tan (gam chất)
mdung môi là khối lượng dung môi (gam).
Cách tính khác: S = S = (n × M) / mdung môi với n là số mol và M là khối lượng mol của hợp chất.
2. Đơn vị thường dùng trong tính độ tan
Đơn vị phổ biến là gram trên 100 gram dung môi (g/100g), cho thấy số gam chất đó có thể tan trong một thể tích dung môi nhất định. Trong công nghiệp, người ta dùng gram trên lít (g/L) hoặc miligam trên lít (mg/L).
Đơn vị mol/L (M) được dùng trong tính toán hóa học chuyên sâu về tính chất vật lý của dung dịch. Đối với chất khí hòa tan, dùng đơn vị thể tích khí/thể tích dung môi để đo lượng chất khí hòa tan.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan của một chất
1. Nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất. Với hầu hết chất rắn hòa tan trong chất lỏng, khi nhiệt độ tăng thì độ tan cũng tăng. Đường và muối tan nhanh hơn trong nước nóng chính vì lý do này.
Tuy nhiên, một số chất rắn như canxi hydroxit lại giảm độ tan khi nhiệt độ tăng. Đối với chất khí, nhiệt độ tác động ngược - khi nhiệt độ tăng, độ tan của chất khí giảm. Nước nóng chứa ít oxy hòa tan hơn nước lạnh.
2. Áp suất (đặc biệt với chất khí)
Áp suất ảnh hưởng mạnh đến độ tan của chất khí trong chất lỏng. Theo định luật Henry, độ tan của chất khí tỉ lệ thuận với áp suất phía trên bề mặt chất lỏng. Khi áp suất tăng, khí hòa tan vào dung dịch nhiều hơn.
Khi giảm áp suất, độ tan của chất khí giảm và khí thoát ra. Đây là lý do bọt khí xuất hiện khi mở nắp chai nước ngọt. Lượng chất khí có thể hòa tan phụ thuộc trực tiếp vào áp suất. Với chất rắn và chất lỏng tan trong dung môi, áp suất ảnh hưởng không đáng kể.
3. Độ phân cực của chất tan và dung môi
Nguyên tắc "like dissolves like" là quy luật vàng: chất phân cực tan tốt trong dung môi phân cực, chất ít phân cực dễ tan trong dung môi không phân cực. Nước là dung môi phân cực mạnh nên muối vô cơ, đường, ethanol dễ tan trong nước.
Các chất ít phân cực như dầu mỡ, benzen ít tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ. Sự ít hòa tan trong nước xuất phát từ tính chất vật lý đặc trưng của chúng.
4. Hiện tượng hydrat hóa
Hydrat hóa là quá trình phân tử nước bao quanh ion hoặc phân tử khi chúng tan trong dung môi. Năng lượng giải phóng từ hydrat hóa giúp bù đắp năng lượng phá vỡ mạng tinh thể, làm tăng độ hòa tan của chất.
Ion càng nhỏ và điện tích càng cao thì năng lượng hydrat hóa càng lớn, dẫn đến độ tan càng lớn và ngược lại. Hiện tượng này quyết định khả năng hòa tan của nhiều muối khoáng.
Máy lọc Fujiion với công nghệ ion hóa khoáng chất tận dụng hiện tượng này để tối ưu hàm lượng khoáng có lợi, đảm bảo chất trong nước đạt chuẩn sức khỏe.
5. Hiện tượng đa hình
Đa hình là hiện tượng một chất rắn có thể tồn tại ở nhiều dạng tinh thể khác nhau với tính chất vật lý riêng, bao gồm độ tan. Ví dụ: canxi cacbonat có hai dạng calcite và aragonite, dạng aragonite có khả năng hòa tan cao hơn.
Đây là dạng tinh mà một chất rắn có thể kết tinh với cấu trúc khác nhau. Dạng tinh thể bền hơn thường có năng lượng mạng cao hơn và độ hòa tan thấp hơn.
Công nghệ của máy lọc nước Fujiion tính đến yếu tố này khi xử lý chất rắn dạng tinh thể trong nước tự nhiên, đảm bảo loại bỏ hiệu quả các dạng kết tinh mà một chất rắn có thể tạo ra.
6. Độ pH của dung dịch
Độ pH ảnh hưởng đến độ tan của chất có tính axit hoặc bazơ yếu. Khi pH thay đổi, cân bằng giữa dạng phân tử ít tan và dạng ion của chất tan thay đổi theo. Axit yếu tan tốt trong môi trường kiềm, bazơ yếu tan tốt trong môi trường axit.
Với muối của axit yếu hoặc bazơ yếu, pH quyết định độ tan rõ rệt. Canxi photphat, một chất ít tan, có thể tăng độ hòa tan trong môi trường axit do ion H⁺ phản ứng với ion photphat.
Máy lọc nước ion kiềm FUJI WPF138 trang bị công nghệ điện phân tiên tiến tạo ra nguồn nước với độ pH ổn định, đảm bảo nguồn nước đầu ra có độ pH tối ưu.
7. Chất điện li và ion cùng tên
Hiện tượng ion cùng tên là khi thêm ion đã có sẵn trong dung dịch sẽ giảm độ tan của chất chứa ion đó. Ví dụ: độ tan của AgCl giảm khi thêm NaCl vào dung dịch vì ion Cl⁻ cùng tên đẩy cân bằng về phía kết tủa.
Chất điện ly trong dung dịch và lực ion cũng ảnh hưởng đến độ tan. Khi lực ion tăng, độ tan của một số muối ít tan có thể tăng nhờ hiệu ứng muối. Điện ly của chất tan quyết định cách các ion tương tác trong dung dịch.
Hiểu rõ tác động của ion cùng tên giúp kiểm soát kết tủa và loại bỏ kim loại nặng. Hệ thống lọc và bình điện phân của máy lọc nước FUJI WPF138 đã áp dụng quy luật này để xử lý nước cứng hiệu quả.
8. Hỗn hợp dung môi
Hỗn hợp dung môi đồng tan thay vì dung môi đơn có thể thay đổi đáng kể độ tan của chất. Trộn hai dung môi có độ phân cực khác nhau giúp điều chỉnh độ phân cực tổng thể, hòa tan những chất khó tan trong dung môi đơn.
Ethanol và nước khi trộn tạo hỗn hợp có độ phân cực trung gian, giúp tan trong các dung môi cả chất phân cực vừa và không phân cực. Nhiều dược phẩm được bào chế trong hỗn hợp nước-ethanol để tăng độ hòa tan. Tuy nhiên, thêm dung môi thứ hai đôi khi làm giảm độ tan của chất tan, tùy thuộc tương tác giữa các thành phần.
Cách phân loại chất tan – ít tan – không tan
Chất tan (soluble): Độ tan lớn hơn 1 gram trong 100 ml nước ở nhiệt độ phòng. NaCl, KNO₃, Na₂SO₄ thuộc nhóm này, hòa tan hoàn toàn tạo dung dịch trong suốt.
Chất ít tan (sparingly soluble): Độ tan từ 0.1 đến 1 gram/100ml nước. CaSO₄, Ag₂SO₄ thuộc nhóm này. Khi hòa tan, chúng tạo dung dịch hơi đục hoặc trong với lượng nhỏ. Hòa tan chất ít tan cần điều kiện đặc biệt.
Chất không tan (insoluble): Độ tan nhỏ hơn 0.1 gram/100ml nước. AgCl, BaSO₄, CaCO₃ là ví dụ điển hình. Khi cho vào nước, chúng hầu như không hòa tan, tạo kết tủa.
Hướng dẫn cách đọc và nhớ bảng tính tan
1. Mẹo ghi nhớ theo nhóm chất
Nhóm luôn tan: Muối của kim loại kiềm (Li⁺, Na⁺, K⁺) và NH₄⁺ đều tan trong nước. Muối nitrat (NO₃⁻), acetat (CH₃COO⁻) cũng luôn tan. Đây là cơ sở cho bảng tính tan hóa học.
Nhóm thường tan, trừ ngoại lệ: Muối clorua (Cl⁻), bromua (Br⁻), iodua (I⁻) thường tan, trừ AgCl, PbCl₂. Muối sunfat (SO₄²⁻) thường tan, trừ BaSO₄, PbSO₄. Ghi nhớ bảng tính tan giúp dự đoán khả năng hòa tan.
Nhóm thường không tan: Muối cacbonat (CO₃²⁻), photphat (PO₄³⁻), sunfua (S²⁻) thường không tan, trừ muối của kim loại kiềm và NH₄⁺. Hidroxit chỉ có của kim loại kiềm và Ba(OH)₂, Ca(OH)₂ tan.
2. Mẹo ghi nhớ theo cation và anion
Theo cation: Kim loại kiềm và NH₄⁺ - tất cả muối đều tan. Ag⁺ chỉ tan với NO₃⁻, CH₃COO⁻. Pb²⁺ tan với NO₃⁻, CH₃COO⁻, không tan với Cl⁻, SO₄²⁻. Ba²⁺, Ca²⁺ không tan với CO₃²⁻, SO₄²⁻.
Theo anion: NO₃⁻, CH₃COO⁻ - tất cả muối tan. Cl⁻, Br⁻, I⁻ không tan với Ag⁺, Pb²⁺. SO₄²⁻ không tan với Ba²⁺, Pb²⁺, Ag⁺. CO₃²⁻, PO₄³⁻, S²⁻ chỉ tan với kim loại kiềm và NH₄⁺.
Tìm hiểu về bảng tính tan giúp bạn hiểu các quá trình hóa học trong nước. Fujiion ứng dụng nguyên tắc này vào thiết kế màng lọc chuyên biệt, loại bỏ muối gây hại giữ lại khoáng chất thiết yếu. Đây là cách pha loãng chất điện ly và kiểm soát chất trong một dung môi hiệu quả.
Bài viết này đã cung cấp các thông tin giải đáp các câu hỏi liên quan độ tan là gì. Nắm vững yếu tố ảnh hưởng đến độ tan như nhiệt độ, áp suất, độ phân cực, pH giúp bạn hiểu sâu về chất lượng nước uống hàng ngày. Để được tư vấn chi tiết về giải pháp lọc nước phù hợp nguồn nước của gia đình, liên hệ ngay với Fujiion Việt Nam ngay hôm nay.
