CH03 – ROZTWÓR NASYCONY

podstawa programowa: chemia klasa VII – Rozpuszczalność/Roztwór nasycony

 Do doświadczenia potrzebujesz:

Co?	Skąd?	Ile kosztuje?
saletra potasowa spożywcza 500 g	sklep internetowy	19 zł
szklanka 250 ml	masz w domu	-
miska lub duża salaterka	masz w domu	-
łyżeczka do herbaty 2 szt.	masz w domu	-
czajnik	masz w domu	-

Cena całego zestawu: 19 zł

UWAGA! Zasady bezpieczeństwa:

1. Doświadczenie wykonuj pod nadzorem dorosłego opiekuna
2. Chroń oczy - załóż okulary ochronne
3. Ostrożnie obchodź się z gorącą wodą

 Przebieg eksperymentu:

Część I – robimy roztwór nasycony

1. Nalej zimnej wody do połowy szklanki.
2. Wsyp łyżeczką saletrę potasową do szklanki. Drugą łyżeczką mieszaj saletrę, aż się całkowicie rozpuści.
3. Następnie wsyp kolejną łyżeczkę. Powtarzaj wsypywanie, aż (mimo długiego mieszania) saletra już nie będzie się chciała rozpuścić (zostanie na dnie szklanki). Zapisz, ile łyżeczek saletry udało Ci się rozpuścić.

Część II – podgrzewamy roztwór

1. Nalej mniej więcej do połowy miski gorącej wody z czajnika.
2. Włóż do miski z gorącą wodą szklankę z roztworem saletry.
3. Mieszaj roztwór – obserwuj, czy dasz radę rozpuścić w szklance kolejne łyżeczki saletry.
4. Powtarzaj wsypywanie, aż (mimo długiego mieszania) saletra już nie będzie się chciała rozpuścić (zostanie na dnie szklanki). Zapisz, ile dodatkowych łyżeczek saletry udało Ci się rozpuścić.

Część III – studzimy roztwór

1. Wyjmij szklankę z roztworem saletry z miski odstaw w spokojne miejsce.
2. Poczekaj około pół godziny, aż szklanka się wystudzi. W tym czasie nie ruszaj szklanką ani jej niczym nie potrącaj.
3. Uderz kilka razy łyżeczką w bok szklanki. Lekko wstrząśnij szklanką. Obserwuj zachodzące zmiany.

 

UWAGA: film z pokazanym eksperymentem przeznaczony jest najpierw dla rodzica.

Młody naukowcu - nie psuj sobie zabawy! nie oglądaj filmu ani nie czytaj poniżej zamieszczonego wyjaśnienia przed wykonaniem eksperymentu pod okiem rodzica.

TEORIA

Co wyszło w doświadczeniu?

Saletra potasowa (ciało stałe w postaci sproszkowanej) dobrze rozpuszczała się w zimnej wodzie, ale po kilku wsypanych łyżeczkach przestała się już rozpuszczać. Część saletry pozostała na dnie szklanki, nawet jeśli mieszałeś ją bardzo długo.

Po podgrzaniu szklanki mogłeś rozpuścić kolejne porcje saletry – wręcz o wiele więcej, niż rozpuściło się saletry w zimnej wodzie.

Po wychłodzeniu szklanki nawet niewielkie uderzenie w nią lub jej potrząśniecie doprowadzało do pojawiania się białej stałej substancji w roztworze, opadającej w postaci płatków na dno. Wyglądało to trochę tak, jakby w szklance zaczął padać śnieg. Po pewnym czasie na dnie szklanki zebrało się bardzo dużo białego osadu.

Najpierw kilka ważnych pojęć i roztwór „na zimno”

Niektóre substancje dobrze rozpuszczają się w wodzie. Jedną z takich substancji jest saletra potasowa. Jej chemiczna nazwa to azotan potasu (wzór chemiczny KNO₃).

Mieszanina saletry rozpuszczonej w wodzie jest mieszaniną jednorodną. Nie możemy – nawet pod mikroskopem – dojrzeć żadnych, nawet najmniejszych kawałków saletry – jej rozdrobnienie jest maksymalne – dochodzi aż do poziomu pojedynczych cząsteczek chemicznych. Taka mieszanina nazywana jest roztworem - w tym przypadku wodnym roztworem azotanu potasu.

Dopóki w roztworze mogły się rozpuszczać kolejne porcje saletry, taki roztwór był roztworem nienasyconym. Jednak nawet saletra potasowa nie może rozpuścić się w wodzie w dowolnej ilości. Po przekroczeniu pewnego jej stężenia saletra przestaje się już rozpuszczać. W ten sposób uzyskałeś tak zwany roztwór nasycony. Uzyskałeś maksymalne stężenie roztworu saletry w wodzie.

Co prawda mogłeś na chwilę wymieszać z wodą leżącą na dnie nierozpuszczoną saletrę, jednak jej kawałki już się nie rozpuszczały i nie zwiększały stężenia roztworu. Takie pływające w wodzie małe kawałki tworzyły z wodą jedynie mieszaninę niejednorodną (taką jak na przykład tworzy z wodą piasek) i jak tylko przestałeś mieszać łyżeczką, po chwili opadały na dno.

Roztwór „na gorąco”

Jednak po podgrzaniu roztworu mogłeś rozpuścić kolejne porcje saletry. Czyżby w takim razie poprzedni roztwór jednak nie był nasycony? Był – ale w tylko tamtej mniejszej temperaturze. Rozpuszczalność substancji zależy od temperatury roztworu. W przypadku większości rozpuszczanych ciał stałych, im wyższa temperatura, tym większa ich rozpuszczalność w danej cieczy. Dlatego po pogrzaniu, roztwór saletry, który był już roztworem nasyconym, przestaje nim być i staje się znowu roztworem nienasyconym.

Po rozpuszczeniu kolejnych porcji saletry uzyskałeś nowy roztwór nasycony. Miał on o wiele większą zawartość saletry niż poprzednio uzyskany roztwór nasycony w niższej temperaturze.

Dlaczego tak się dzieje?

Dlaczego rozpuszczalność substancji stałych w reguły wzrasta wraz z temperaturą? Im wyższa temperatura, tym cząsteczki roztworu szybciej się poruszają, co powoduje, że bardziej energicznie zderzają się ze sobą. Dzięki temu łatwiej im rozbijać „zlepione” w ciało stałe cząsteczki rozpuszczanej substancji. To, czym jest temperatura, możesz również dowiedzieć się z doświadczenia F07.

Zagadnienie rozpuszczalności jest jednak bardziej złożone. Rozpuszczalność niektórych substancji stałych w danej cieczy w pewnym zakresie temperatur może maleć wraz ze wzrostem temperatury. Rozpuszczalność gazów w cieczach maleje wraz ze wzrostem temperatury. Rozpuszczalność niektórych substancji stałych – jak na przykład soli kuchennej (chlorku sodu) w wodzie, bardzo niewiele wzrasta wraz z temperaturą. To są jednak zagadnienia wykraczające na razie poza posiadane przeze Ciebie wiadomości. Ważne, żebyś zapamiętał, że rozpuszczalność ciał stałych w większości przypadków wzrasta wraz z temperaturą. Rozpuszczalność niektórych z nich – tak jak saletry potasowej – wzrasta bardzo mocno.

Zależność rozpuszczalności danej substancji w danej cieczy od temperatury obrazowana jest na tak zwanych wykresach rozpuszczalności. Można z nich odczytać, ile danej substancji może maksymalnie się w danej temperaturze rozpuścić. Rozpuszczalność może też być pokazywana po prostu w tabelkach.

Roztwór przesycony

Jeżeli ochłodzimy roztwór nasycony, to nadmiar rozpuszczonej saletry powinien z powrotem stać się ciałem stałym – skrystalizować. Przecież w tej niższej temperaturze stężenie saletry przekraczało maksymalne stężenie roztworu nasyconego w tej temperaturze!

Jeśli jednak schładzałeś szklankę w spokoju – bez jej potrząsania ani uderzania, to udało Ci się doprowadzić do tak zwanego roztworu przesyconego. Taki roztwór jest niestabilny – niewielkie zaburzenie (na przykład wstrząs) prowadzi do rozpoczęcia krystalizacji nadmiaru rozpuszczonej saletry – co mogłeś zaobserwować właśnie jako „padający śnieżek” w zlewce.

Roztwory przesycone występują w naturze. Takim roztworem jest na przykład miód. Jego płynny stan jest niestabilny – z czasem zawarty w nim cukier krystalizuje.

Roztwory przesycone używane są też w ogrzewaczach do rąk wielkokrotnego użytku. Takie ogrzewacze to plastikowe „torebki” z roztworem substancji, który jest nasycony, ale w wysokiej temperaturze. Dlatego, aby przygotować taki ogrzewacz, trzeba wrzucić te torebki do gorącej wody – wtedy zawartość torebki staje się płynna. Potem należy je odstawić w spokoju do ostygnięcia. Wtedy w torebkach mamy właśnie roztwór przesycony. Włączamy ogrzewacz poprzez jego wstrząśniecie (czasami do tego służy kawałek blaszki w takiej torebce, którym należy „pstryknąć”). W torebce zaczyna się gwałtowna krystalizacja, a w procesie tym wydziela się dużo ciepła. Po użyciu można taki ogrzewacz z powrotem zregenerować w gorącej wodzie. Jeżeli jesteś uważnym obserwatorem, to być może zauważyłeś, że w naszym doświadczaniu wychłodzona szklanka po wstrząśnięciu też trochę się ogrzała, a najpierw przy rozpuszczaniu saletry się oziębiała.

****

Więcej o rozpuszczalności możesz przeczytać tu: https://zpe.gov.pl/a/woda-i-roztwory-wodne---stezenie-procentowe-rozpuszczalnosc/Da5S3Wue4

i tu: https://zpe.gov.pl/a/woda-i-roztwory-wodne---podsumowanie/D18egiQxq

O roztworze przesyconym możesz przeczytać tu: https://zpe.gov.pl/a/wprowadzenie/D125m9Wjb

lub obejrzeć np. tu: https://pistacja.tv/film/chm00039-rozpuszczalnosc-substancji?playlist=1111

i tu: https://pistacja.tv/film/chm00060-roztwory-nasycone-i-nienasycone?playlist=1111