Đang tải bài học…

AP Chemistry

độ tan

solubility

Còn gọi: khả năng hòa tan · độ hòa tan · khả năng tan · solubility of a salt

Độ tan là lượng chất tan tối đa có thể hòa tan trong một lượng dung môi xác định ở nhiệt độ nhất định để tạo thành dung dịch bão hòa.

Độ tan đặc trưng cho khả năng một chất phân tán vào dung môi để tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Ở cấp độ định lượng, đại lượng này được đo bằng nồng độ của dung dịch bão hòa (saturated solution) tại một nhiệt độ cố định. Nhờ đó, ta có thể so sánh mức độ tan của các chất khác nhau trong cùng một điều kiện môi trường, từ đó phân loại chúng thành chất tan nhiều, chất tan ít hoặc không tan.

Quá trình hòa tan đạt trạng thái cân bằng động khi tốc độ chất rắn tan vào dung dịch bằng đúng tốc độ các ion kết tinh trở lại bề mặt chất rắn. Hằng số cân bằng của quá trình này được gọi là tích số tan (solubility product constant), ký hiệu là $K_{sp}$ . Tuy nhiên, giá trị thực tế của độ tan còn chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi hiệu ứng ion chung (common-ion effect) hoặc độ pH của môi trường.

Vì vậy, khi thêm một ion có sẵn trong dung dịch vào hệ cân bằng, độ tan của chất rắn sẽ giảm xuống đáng kể so với khi nó tan trong nước cất. Ngược lại, đối với các muối có gốc axit yếu, việc hạ thấp pH lại làm tăng khả năng hòa tan do ion $H^+$ phản ứng với anion, kéo cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận. Hiểu rõ cơ chế này giúp dự đoán chiều hướng của phản ứng tạo kết tủa trong phân tích định tính.

Ký hiệu

S

K_{sp}

Đơn vịmol/L hoặc g/100g dung môi

Trực giác: Hãy tưởng tượng bạn liên tục khuấy đường vào một cốc nước lạnh; đến một lúc nào đó đường không tan thêm được nữa mà lắng xuống đáy, và lượng đường đã tan tối đa đó chính là độ tan.

Công thức

K_{sp} = \htmlClass{fp-0}{[A^{n+}]^x} \htmlClass{fp-1}{[B^{m-}]^y}

Dùng để viết biểu thức cân bằng tan cho một chất ít tan $A_xB_y$ , từ đó tính độ tan mol hoặc so sánh độ tan giữa các chất có cùng tỉ lệ ion.

Trong đó

K_{sp}

tích số tan (solubility product constant), là hằng số cân bằng của quá trình chất rắn ít tan phân li thành ion trong nước

[A^{n+}]

nồng độ mol của cation

A^{n+}

tại cân bằng — M

[B^{m-}]

nồng độ mol của anion

B^{m-}

tại cân bằng — M

x,\, y

hệ số tỉ lượng của cation và anion trong phương trình phân li

A_xB_y(s) \rightleftharpoons xA^{n+}(aq) + yB^{m-}(aq)

Khái niệm này sinh ra từ đâu

những năm 1670 (từ "solubility" xuất hiện trong tiếng Anh)Joel H. HildebrandRobert L. ScottFrançois-Marie RaoultJacobus Henricus van't Hoff

Hay hiểu sai

Ksp lớn hơn không đồng nghĩa với tan nhiều hơn.

Hệ số cân bằng phải vào biểu thức hai lần: nhân trong ICE và mũ trong Ksp.

Thêm nước vào dung dịch bão hòa còn dư chất rắn không làm loãng nồng độ ion.

Ksp chỉ đổi khi nhiệt độ đổi, không đổi khi thêm ion chung.

Đơn vị g/L và mol/L không thể dùng lẫn trong biểu thức Ksp.

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Bạc cromat

\text{Ag}_2\text{CrO}_4

là muối màu đỏ gạch, tan rất kém trong nước. Ở

298\ \text{K}

, hằng số tích số tan (solubility product constant) của muối này là

K_{sp} = 8 \times 10^{-12}

. Một lượng dư

\text{Ag}_2\text{CrO}_4

rắn được khuấy với nước cất cho tới khi hệ đạt cân bằng. Cho khối lượng mol:

\text{Ag} = 107{,}87

;

\text{Cr} = 52{,}00

;

\text{O} = 16{,}00\ \text{g/mol}

aViết phương trình cân bằng hòa tan và biểu thức $K_{sp}$ của $\text{Ag}_2\text{CrO}_4$ .
bTính độ tan mol (molar solubility) của $\text{Ag}_2\text{CrO}_4$ trong nước ở $298\ \text{K}$ .
cTừ kết quả trên, tính độ tan biểu diễn theo $\text{g/L}$ và tính $[\text{Ag}^+]$ trong dung dịch bão hòa.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyLực liên phân tử · bài “Độ tan” — khoá AP Chemistry

Cần trướcdung dịch bão hòa

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

tích số tan (solubility product constant (Ksp))solubility product constant (Ksp)

Khác nhau ở đâuĐộ tan là nồng độ cực đại của chất tan trong dung dịch bão hòa, đo bằng g/L hoặc mol/L. Tích số tan Ksp là hằng số cân bằng của quá trình chất rắn ít tan phân li thành ion, không có đơn vị.

Hay nhầm khiĐề cho Ksp rồi hỏi độ tan mol, hoặc cho độ tan rồi yêu cầu tính Ksp; học sinh quên bước đổi đơn vị hoặc lập biểu thức.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 14, 17, 19.

K_{sp} = (xs)^x (ys)^y

Dùng để chuyển đổi trực tiếp giữa $K_{sp}$ và độ tan mol $s$ (molar solubility) khi biết công thức muối; đây là bước trung gian bắt buộc trong hầu hết bài tập cân bằng tan.

Trong đó

s

độ tan mol, tức số mol chất tan phân li trong một lít dung dịch bão hòa — mol/L

x,\, y

hệ số tỉ lượng của cation và anion trong phương trình phân li

S = k_H \cdot P

Dùng để tính độ tan của một chất khí trong chất lỏng khi biết áp suất riêng phần (partial pressure) của khí đó trên mặt thoáng; hằng số $k_H$ phụ thuộc vào cặp khí–dung môi và nhiệt độ.

Trong đó

S

độ tan của khí trong dung dịch — mol/L

k_H

hằng số Henry, đặc trưng cho cặp khí–dung môi ở một nhiệt độ xác định — mol/(L

\cdot

atm)

P

áp suất riêng phần của khí trên mặt thoáng dung dịch — atm

Danh từ "solubility" xuất hiện trong tiếng Anh từ những năm 1670 với nghĩa là tính chất tan được, còn cách mô tả độ tan bằng đại lượng định lượng thì gắn với công trình của Hildebrand và Scott ở thế kỷ 20.

Trước khi có một đại lượng đo đạc, người ta chỉ nhận xét định tính rằng chất này tan được còn chất kia thì không, nên nhu cầu đầu tiên là tìm cách dự đoán hai chất lỏng có trộn lẫn với nhau hay không. Hildebrand và Scott đưa ra tham số độ tan (solubility parameter) chính để phục vụ việc dự đoán ấy, biến một nhận xét cảm tính thành con số so sánh được. Ở hướng lý thuyết, người ta lập luận rằng điểm xuất phát của lý thuyết tổng quát về độ tan không phải là định luật áp suất thẩm thấu (osmotic pressure) của van't Hoff mà là định luật áp suất hơi (law of vapour pressures) của Raoult, tức là gắn độ tan với hành vi của dung dịch ở mức cơ bản hơn. Về sau, do dữ liệu độ tan nằm rải rác khắp các tạp chí, IUPAC lập dự án thu thập và thẩm định số liệu độ tan từ năm 1972.

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi tiếng Anh của khái niệm này được ghép từ tính từ "soluble" (tan được) với hậu tố "-ity" vốn dùng để tạo danh từ chỉ tính chất, nên nghĩa gốc của nó đúng nghĩa đen là "tính tan được". Bản thân "soluble" đi vào tiếng Anh qua tiếng Pháp cổ, nơi từ này còn mang sắc thái "có thể xóa bỏ, có thể làm tiêu tan" chứ chưa thuần túy là chuyện hòa tan trong dung môi. Vì vậy, cái tên không mô tả lượng chất tan được là bao nhiêu, mà chỉ khẳng định khả năng tan; phần "bao nhiêu gam trong bao nhiêu nước" là nội dung mà hóa học sau này gán thêm vào khi biến nó thành một đại lượng đo được. Hiểu vậy thì cũng rõ vì sao trong tiếng Việt ta gọi là "độ tan": chữ "độ" được thêm vào để nhấn mạnh khía cạnh định lượng mà tên gốc không có.

Mẹo phòng thi

Luôn viết phương trình phân li và biểu thức Ksp trước khi tính bất cứ thứ gì.

Định nghĩa rõ chữ $s$ bằng lời trước khi lập bảng ICE.

Khi đề bảo giải thích, phải nêu chiều dịch chuyển cân bằng chứ không chỉ nêu kết quả.

Tần suất trong đề AP ChemistryHay gặp

Bước 1: Chất rắn ít tan chỉ tan một phần rồi đạt cân bằng động với các ion trong dung dịch:

\text{Ag}_2\text{CrO}_4(s) \rightleftharpoons 2\,\text{Ag}^+(aq) + \text{CrO}_4^{2-}(aq)

Vì chất rắn nguyên chất không xuất hiện trong biểu thức hằng số cân bằng, ta chỉ giữ lại nồng độ hai ion, mỗi ion mũ bằng hệ số của nó:

K_{sp} = [\text{Ag}^+]^2[\text{CrO}_4^{2-}]

2Bước 2: Gọi

s

là số mol muối tan được trong

1\ \text{L}

nước, tức chính là độ tan mol cần tìm. Theo hệ số phương trình, mỗi

s

mol muối tan ra sẽ cho

2s

mol

\text{Ag}^+

và

s

mol

\text{CrO}_4^{2-}

, nên

[\text{Ag}^+] = 2s

và

[\text{CrO}_4^{2-}] = s

3Bước 3: Thay vào biểu thức tích số tan:

K_{sp} = (2s)^2(s) = 4s^3 = 8 \times 10^{-12}

Suy ra

s^3 = 2 \times 10^{-12} = 2000 \times 10^{-15}

, do đó

s = \sqrt[3]{2000} \times 10^{-5} = 1{,}26 \times 10^{-4}\ \text{M}

. Đây là nồng độ mol lớn nhất của

\text{Ag}_2\text{CrO}_4

mà nước có thể chứa ở nhiệt độ này.

4Bước 4: Khối lượng mol của muối là

M = 2(107{,}87) + 52{,}00 + 4(16{,}00) = 331{,}74\ \text{g/mol}

. Nhân với độ tan mol:

(1{,}26 \times 10^{-4})(331{,}74) = 4{,}18 \times 10^{-2}\ \text{g/L}

Nồng độ ion bạc là

[\text{Ag}^+] = 2s = 2{,}5 \times 10^{-4}\ \text{M}

; lưu ý con số này gấp đôi

s

chứ không bằng

s

, vì mỗi công thức muối giải phóng hai ion bạc.

Trong dung dịch bão hòa (saturated solution) ở $298\ \text{K}$ , độ tan mol của $\text{Ag}_2\text{CrO}_4$ là $1{,}26 \times 10^{-4}\ \text{M}$ , tương đương khoảng $0{,}042\ \text{g}$ muối trong mỗi lít nước, và nồng độ ion bạc trong đó là $2{,}5 \times 10^{-4}\ \text{M}$ . Con số cực nhỏ này giải thích vì sao $\text{Ag}_2\text{CrO}_4$ được xem là muối "không tan" trong các bảng tính tan quen thuộc.

2Ví dụ 2/2

AgBr là muối bạc màu kem, có

K_{sp} = 5{,}0 \times 10^{-13}

ở

298\ \text{K}

. Người ta cho dư AgBr rắn vào

50{,}0\ \text{mL}

nước cất, khuấy đến khi cân bằng, thu được dung dịch bão hòa vẫn còn chất rắn lắng dưới đáy.

aTính $[\text{Ag}^+]$ trong dung dịch bão hòa và số mol $\text{Ag}^+$ có trong $50{,}0\ \text{mL}$ đó.
bThêm tiếp $50{,}0\ \text{mL}$ nước cất vào hỗn hợp trên (chất rắn vẫn dư). Giá trị $[\text{Ag}^+]$ thay đổi thế nào? Giải thích.
cNếu thay nước cất bằng dung dịch $\text{NaBr}$ $0{,}10\ \text{M}$ thì độ tan của AgBr bằng bao nhiêu?

1Bước 1: Cân bằng hòa tan là

\text{AgBr}(s) \rightleftharpoons \text{Ag}^+(aq) + \text{Br}^-(aq)

với

K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Br}^-]

. Trong nước cất, hai ion sinh ra theo tỉ lệ

1:1

nên

[\text{Ag}^+] = [\text{Br}^-] = s

, dẫn tới

s^2 = 5{,}0 \times 10^{-13}

và

s = 7{,}1 \times 10^{-7}\ \text{M}

2Bước 2: Đổi thể tích sang lít rồi nhân với nồng độ:

n_{\text{Ag}^+} = (7{,}1 \times 10^{-7})(0{,}0500) = 3{,}5 \times 10^{-8}\ \text{mol}

Như vậy toàn bộ

50{,}0\ \text{mL}

dung dịch chỉ chứa khoảng ba phần trăm triệu mol ion bạc.

3Bước 3: Khi thêm nước, nồng độ hai ion tạm thời giảm nên

Q < K_{sp}

và chất rắn dư tiếp tục tan cho tới khi tích nồng độ trở lại đúng

K_{sp}

. Vì

K_{sp}

chỉ phụ thuộc nhiệt độ, dung dịch vẫn bão hòa và

[\text{Ag}^+]

giữ nguyên

7{,}1 \times 10^{-7}\ \text{M}

; điều thay đổi là tổng số mol AgBr đã tan, nay tăng gấp đôi thành

7{,}1 \times 10^{-8}\ \text{mol}

trong

100{,}0\ \text{mL}

4Bước 4: Trong

\text{NaBr}

0{,}10\ \text{M}

, lượng

\text{Br}^-

có sẵn áp đảo lượng do AgBr sinh ra nên coi

[\text{Br}^-] \approx 0{,}10\ \text{M}

. Khi đó

[\text{Ag}^+] = \frac{K_{sp}}{[\text{Br}^-]} = \frac{5{,}0 \times 10^{-13}}{0{,}10} = 5{,}0 \times 10^{-12}\ \text{M}

và vì mỗi ion

\text{Ag}^+

ứng với một công thức AgBr đã tan, độ tan chính là

5{,}0 \times 10^{-12}\ \text{M}

, nhỏ hơn trong nước cất khoảng

1{,}4 \times 10^{5}

lần.

Dung dịch bão hòa AgBr trong nước cất có $[\text{Ag}^+] = 7{,}1 \times 10^{-7}\ \text{M}$ , ứng với $3{,}5 \times 10^{-8}\ \text{mol}$ ion bạc trong $50{,}0\ \text{mL}$ ; pha loãng bằng nước không làm đổi nồng độ này chừng nào còn chất rắn dư, nhưng thay nước bằng $\text{NaBr}$ $0{,}10\ \text{M}$ thì độ tan tụt xuống $5{,}0 \times 10^{-12}\ \text{M}$ . Đây chính là hiệu ứng ion chung (common-ion effect): ion $\text{Br}^-$ dư đẩy cân bằng hòa tan về phía chất rắn, khiến muối càng khó tan hơn.

phản ứng kết tủa (sắp có)

Liên quanchất tanhiệu ứng ion chung (sắp có)kết tủa

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.