Oplosbaarheid

Oplossingen zijn homogene mengsels. Op deze pagina worden oplossingen met water als oplosmiddel behandeld. Er zijn echter ook oplossingen met andere vloeibare, gasvormige of zelfs vaste stoffen.
De maximale hoeveelheid van een stof die onder bepaalde omstandigheden in een bepaalde hoeveelheid van het oplosmiddel opgelost kan worden, waarbij een stabiel evenwicht ontstaat, wordt oplosbaarheid genoemd. Bij de bepaalde omstandigheden gaat het in elk geval om de temperatuur en eventueel de aanwezige druk. Elke andere hoeveelheid van een stof in verhouding met de hoeveelheid van het oplosmiddel noemt men concentratie.

De oplosbaarheid van een zout kan worden berekend, als geen van zijn ionen ook nog van andere bronnen afkomstig is. Zij is in het geval van het zout A_mB_n gedefinieerd als volgt:

c_eq staat voor de concentratie van het kation/anion van het zout in evenwichtstoestand (zie hieronder).
m en n zijn voor het zout A_mB_n bekend. Voor NaCl zijn beide parameters gelijk aan 1, bij Al₂(SO₄)₃ is m = 2 en n = 3.
K_L is de oplosbaarheidconstante en is gedefinieerd als volgt: K_L = c_eq(A⁺)^m c_eq(B^-)ⁿ
Is de oplosbaarheidconstante bekend, zo kan de oplosbaarheid van het zout snel en eenvoudig worden berekend.

Chemisch evenwicht

Bij omkeerbare reacties met een heenreactie en een terugreactie bestaat bij een constante temperatuur een karakteristieke verhouding van uitgangsproducten en producten. Er ontstaat een evenwicht, waarbij de snelheid van heen- en terugreactie gelijk is (v₁ = v₂).

Voor de reactie aA + bB <-> cC + dD
met de snelheid van de heenreactie v₁ = k₁ ^. c^a(A) ^. c^b(B)
en de snelheid van de terugreactie v₂ = k₂ ^. c^c(C) ^. c^d(D)

geldt bij v₁ = v₂:

[X] staat hierbij voor de concentratie van het stof in de oplossing.
k₁ en k₂ zijn de snelheids- of arrheniusconstanten van de reacties.
k is de zogenoemde evenwichtsconstante of massawerkingsconstante.
De evenwichtsconstante geldt alleen voor een bepaalde temperatuur en een bepaalde druk. Worden deze parameters veranderd, verandert ook de waarde van de constante. Bij een heel hoge waarde van de evenwichtsconstante, zijn bijna alleen producten van de reactie te vinden. Is de waarde heel klein, ligt het evenwicht vooral bij de uitgangsproducten.

Wordt een stof in water opgelost, is dit mogelijk tot de concentratie van het stof gelijk is aan zijn oplosbaarheid. Vanaf dit punt wordt een fase van onopgeloste stof gevormd. De oplossing kan wel voor een korte tijd overzadigd zijn, maar het te veel opgeloste stof zal snel weer uit de oplossing gaan. Een dynamisch evenwicht komt tot stand, waarbij met dezelfde snelheid stof opgelost wordt en uit de oplossing gaat. De oplossing is verzadigd.

Zijn bij een oplosbaarheid temperatuur en druk niet aangegeven, zo gelden meestal standaardcondities. Voor de standaardtemperatuur zijn 25^oC of 20^oC gebruikelijk. De standaarddruk ligt bij 1 bar.

De volgende parameters kunnen de oplosbaarheid van een stof een water beïnvloeden:

Polariteit
Stoffen die uit ionen of moleculen met ladingen bestaan, worden polair genoemd. Moleculen zonder deze ladingen noemt men apolair. Het watermolecule is polair, omdat zijn twee waterstofmoleculen een positieve deellading en zijn zuurstofmolecule een negatieve deellading heeft. Omdat polaire stoffen beter in polaire en apolaire beter in apolaire stoffen oplosbaar zijn, zijn polaire stoffen (bijvoorbeeld zouten) in water beter oplosbaar dan apolaire stoffen (bijvoorbeeld olie).

Temperatuur
Een duidelijke invloed op de oplosbaarheid van stoffen heeft de temperatuur. Bij het oplossen van een stof in water komt of energie (in vorm van warmte) vrij of energie (in vorm van warmte) wordt aan de omgeving onttrokken. De eerstgenoemde oplossingsprocessen worden exotherm genoemd, terwijl de tweede endotherm zijn. Is een proces endotherm, neemt de oplosbaarheid van het stof bij stijgende temperatuur toe. Dit geldt voor de meeste vaste stoffen. Bij exotherme processen neemt de oplosbaarheid bij temperatuurtoename af. Dit gebeurt gewoonlijk bij gassen.

Druk
De oplosbaarheid van vaste stoffen in water wordt door de druk nauwelijks beïnvloed. Dit ligt aan de geringe volumeverandering. Het volume van gassen wordt echter sterk door de druk beïnvloed. Daarom is ook hun oplosbaarheid in water sterk drukafhankelijk. Het geldt: hoe hoger de druk, hoe meer gas gaat in oplossing.
Gassen met een heel hoge oplosbaarheid reageren met het oplosmiddel.

pH-waarde
Bij het oplossen van een aantal stoffen worden uit watermoleculen ionen gevormd. Een voorbeeld hiervoor is chloor dat in water de vorming van H⁺-ionen bevordert (Cl₂ + H₂O <-> OCl^- + 2H⁺ + Cl^-). Afhankelijk van de pH-waarde van het oplosmiddel bevat dit of meer H⁺-ionen of meer OH^--ionen. Bij neutrale oplosmiddelen is deze verhouding evenwichtig.
Puur water is een neutraal oplosmiddel. Wordt een stof hierin opgelost, heeft de pH-waarde geen invloed op zijn oplosbaarheid. Bijvoorbeeld bodems kunnen echter eerder zuur of basisch zijn. De pH-waarde van de bodem heeft in dit geval invloed op de oplosbaarheid van een stof in het bodemwater.

Saliniteit en de aanwezigheid van andere stoffen
De oplosbaarheid van stoffen in water wordt ook beïnvloed door mogelijk andere aanwezige stoffen. Zo kan echter niet alleen de concentratie van een zout de oplosbaarheid van een ander zout in water beïnvloeden, maar ook het zoutgehalte kan de oplosbaarheid van gassen veranderen. Zuurstof heeft bijvoorbeeld in zoutwater een geringere oplosbaarheid dan in zoetwater.

Oplosbaarheid van zouten

Bronnen:

Ch. E. Mortimer, U. Müller, 2003. Chemie – Das Basiswissen der Chemie.
8. Auflage, komplett überarbeitet und erweitert. Stuttgart, Georg Thieme Verlag.

Dr. G. den Boef, 1977. Theoretische grondslagen van de analyse in waterige oplossingen.
4e druk. Amsterdam/Brussel, Elsevier.

www.wikipedia.org, Löslichkeit, chemisches Gleichgewicht, evenwichtsreacties. Januari 2007.

Terug naar het periodiek systeem der elementen

Terug naar de overzicht van elementen en water