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溶解度

溶解度

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

溶解
一定量(通常は水100g)の溶媒に溶かすことができる溶質の最大質量
  • 温度や溶媒の種類によって決まる固有の値であり、一般に固体は温度が高いほど大きくなる
  • 溶質が溶解度の限界まで溶けている状態を「飽和」と呼び、その溶液を「飽和水溶液」という
  • 溶解度の差を利用して、不純物を含む固体から目的の物質を分離する「再結晶」などの操作に利用される

解説

物質が液体に溶けて均一に混ざり合う現象を溶解と呼びます。このとき、溶けている物質を「溶質」、溶かしている液体を「溶媒」、その混合液を「溶液」と定義します。溶解度は、その物質がどれだけ溶けるかを示す指標であり、一般的には水100gに対して溶けるグラム数(g)で表されます。

物質の状態(固体・気体)によって、温度変化に伴う溶解度の挙動は大きく異なります。以下の表は、その対照的な性質をまとめたものです。

物質の状態 温度上昇時の溶解度 主な特徴と理由
固体 大きくなる ホウ酸硝酸カリウムなど。温度上昇により分子運動が活発化し、溶媒と混ざりやすくなる
気体 小さくなる 酸素二酸化炭素など。温度が上がると気体分子が液外へ逃げやすくなるため

また、溶液の濃さを表す指標として「質量パーセント濃度」が用いられます。計算式は「溶質の質量 ÷(溶媒の質量 + 溶質の質量)× 100」です。物質を溶かしても全体の重さは変わらないという「質量保存の法則」は、濃度計算や溶解度の問題を解く上での大原則となります。

コラム

溶解度の温度変化の差を利用した分離操作が「再結晶」です。例えば、温度による溶解度の変化が大きいホウ酸と、変化が極めて少ない食塩(塩化ナトリウム)が混ざっている場合、高温で両方を溶かしてから冷却することで、ホウ酸のみを効率よく結晶として取り出すことができます。

実際の試験問題では、溶解度曲線(グラフ)から特定の温度での溶解量を読み取ったり、冷却した際に析出する結晶の量を計算したりする問題が頻出します。グラフにデータがない中間温度(例:50℃)の溶解度を求める際は、前後のデータ(40℃と60℃)から近似的に算出することもあります。また、溶媒が水100gではなく200gや50gになった場合の比例計算も正確に行う必要があります。

小学生のみなさんへ

水などの液体に、ものがどれだけとけるかという限界の量を溶解度ようかいどといいます。ふつうは、水100gに何gとけるかで表します。

多くの固体は、水の温度を上げるととける量が増えます。たとえば、ホウ酸は冷たい水には少ししかときませんが、お湯にするとたくさんとけます。反対に、食塩のように温度を変えてもとける量がほとんど変わらないものもあります。

たくさんとかしたあとに、その水を冷やすと、とききれなくなった分が「結晶けっしょう」というきれいな粒になって出てきます。これを析出せきしゅつといいます。この性質を使うと、混ざり合ったものから特定の物質だけを取り出すことができます。

ルラスタコラム

「金」は水には絶対にとけませんが、特別な液体(王水)にはとけることがあります。物質によって、何にとけるかが決まっているのは不思議ですね。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 溶解度の定義において、一般的に基準とされる溶媒(水)の質量は何gか。
100g
【応用】 固体の物質と気体の物質では、温度が上がったときの溶解度の変化にどのような違いがあるか。
固体は温度が上がると溶解度が大きくなるものが多いが、気体は温度が上がると溶解度が小さくなる。
【実践】 60℃の飽和水溶液を20℃まで冷却したときに析出する結晶の量を求める際、どのような計算を行うか。
「高温時に溶けている溶質の質量」から「低温時の溶解度(溶ける限界の質量)」を引いて算出する。溶媒の量が100gでない場合は比例計算が必要になる点に注意する。

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