溶解度と再結晶

溶解度と再結晶

「これ以上溶けない」状態を理解し、温度と溶解度の関係を使って物質を取り出す方法を学びます。

基本知識

溶解度は水100gに溶ける溶質の最大質量 [g]で表します。これ以上溶けない状態を飽和水溶液といいます。
溶解度は温度によって変わります。多くの固体は温度が上がるほど溶解度が大きくなります(例: 硝酸カリウムは20℃で約32g、60℃で約110g)。一方、食塩は温度を上げてもほとんど変わりません(20℃で約36g、60℃で約37g)。
溶解度の温度差を使って結晶を取り出す方法が再結晶です。高温で多く溶かし、冷やすと溶けきれなくなった分が結晶として析出します。硝酸カリウムは温度差が大きいため再結晶しやすく、食塩は温度差が小さいため再結晶しにくいです(食塩は蒸発で取り出す)。

深掘り (背景・意義)

再結晶は化学者がもっとも頼りにする精製方法です。新しく作った化合物には不純物が含まれることが多いですが、目的物質と不純物の溶解度の違いを利用して、結晶として目的物を取り出すと不純物が除けます。
結晶の形は物質ごとに決まっており、食塩は立方体、ミョウバンは正八面体、硫酸銅は青い斜方晶です。これは原子・イオンの並び方を反映しています(高校化学のイオン結晶)。気体の溶解度は逆で、温度が上がると溶解度が下がります(炭酸飲料を温めると気が抜ける)。

注意点 (混同しやすい)

① 溶解度は水100gに対する量。「溶液100gに対する量」ではない。② 食塩は蒸発法、硝酸カリウムは再結晶法と使い分け。③ 気体の溶解度は固体と逆(温度↑で減る)。④ 飽和=溶ける限界、過飽和=飽和を超えた不安定な状態(高校範囲)。

練習

1. 溶解度の定義を述べなさい。
2. 硝酸カリウムが再結晶しやすく、食塩がしにくいのはなぜか。
3. 炭酸飲料を温めると気が抜ける理由を説明しなさい。