Bạn pha một cốc nước chanh: cho một thìa đường vào, khuấy nhẹ, đường tan hết. Cho thìa thứ hai, khuấy kĩ, đường vẫn tan hết. Cho thìa thứ ba, thứ tư, rồi thìa thứ năm — đến một lúc nào đó, dù bạn khuấy mạnh đến đâu, đường cũng không tan thêm nữa mà đọng lại dưới đáy cốc. Cốc nước của bạn đã "no" đường. Cái giới hạn "no" đó có tên gọi là độ tan, và nó là một con số cụ thể, đo được, tính được — không phải cảm giác. Biết độ tan, bạn sẽ biết chính xác cần bao nhiêu gam muối cho bao nhiêu gam nước, và vì sao pha nước chanh bằng nước nóng lại tan đường nhanh hơn nước lạnh.
Trong bài viết này, bạn sẽ hiểu độ tan từ gốc: độ tan là gì, công thức S = m_ct / 100 g H₂O có ý nghĩa gì, vì sao mọi con số độ tan đều phải đi kèm nhiệt độ, và thế nào là dung dịch bão hòa, chưa bão hòa, quá bão hòa. Bạn sẽ tính 4 ví dụ từng bước, tránh 5 lỗi sai mà học sinh hay mắc nhất, rồi tự luyện 5 bài tập trắc nghiệm có đáp án giải thích cặn kẽ. Cuối bài là 5 câu hỏi thường gặp để bạn hiểu vì sao đường tan nhanh hơn trong nước nóng, vì sao nước ngọt để ấm lại mất ga, và vì sao có chất càng nóng càng khó tan.
Độ tan của một chất trong nước là gì? Công thức S = m_ct / 100 g H₂O
Độ tan của một chất trong nước là khối lượng tối đa của chất đó tan được trong 100 gam nước ở một nhiệt độ xác định, tạo thành dung dịch bão hòa. Công thức tính độ tan là S = m_ct / 100 g H₂O, trong đó S là độ tan, đơn vị gam trên 100 gam nước (g/100 g H₂O); m_ct là khối lượng chất tan tối đa tan được trong 100 gam nước ở nhiệt độ đó, đo bằng gam (g). Ví dụ, ở 20 °C, 36 gam muối ăn NaCl tan tối đa trong 100 gam nước, nên độ tan của NaCl ở 20 °C là S = 36 g/100 g H₂O.
Bạn hãy để ý kĩ ba điều trong định nghĩa này. Thứ nhất, độ tan luôn gắn với một NHIỆT ĐỘ cụ thể. Nói "độ tan của NaCl là 36 g" mà không nói ở nhiệt độ nào là nói thiếu, vì cùng một chất, ở nhiệt độ khác nhau độ tan khác nhau. Thứ hai, độ tan là khối lượng TAN TỐI ĐA — tức là lượng chất tan khi dung dịch vừa bão hòa, không phải lượng chất bạn cho vào. Cho 40 gam NaCl vào 100 gam nước ở 20 °C thì chỉ 36 gam tan, 4 gam còn lại đọng dưới đáy, độ tan vẫn là 36. Thứ ba, mẫu chuẩn là 100 gam nước: dù bạn làm thí nghiệm với 50 gam hay 200 gam nước thì khi tính độ tan, bạn vẫn phải quy về 100 gam nước.
Độ tan của các chất rất khác nhau. Muối ăn NaCl tan khá tốt: 36 g/100 g H₂O ở 20 °C, và tăng rất ít theo nhiệt độ, đến 100 °C cũng chỉ khoảng 39 g. Đường saccarozơ tan rất tốt: khoảng 200 g/100 g H₂O ở 20 °C. Kali nitrat KNO₃ thì độ tan tăng vọt theo nhiệt độ: khoảng 32 g ở 20 °C, 64 g ở 40 °C, 110 g ở 60 °C và 246 g ở 100 °C — gấp gần 8 lần. Ngược lại, vôi tôi Ca(OH)₂ tan rất ít, chỉ khoảng 0,17 g/100 g H₂O, và độ tan của nó còn giảm khi nhiệt độ tăng. Hầu hết chất rắn tan tốt hơn khi nước nóng lên, nhưng không phải tất cả — có những ngoại lệ như vôi tôi và natri sunfat. Bạn có thể ôn lại cách tính số mol để đổi giữa khối lượng và số mol của chất tan trong bài công thức tính số mol, và cách tính khối lượng mol trong bài công thức tính khối lượng mol. Khi làm bài tập, bạn có thể kiểm chứng nhanh mọi phép tính tỉ lệ bằng máy tính Casio online trên ClassOn.
Dựa vào độ tan, người ta phân loại dung dịch thành ba loại. Dung dịch chưa bão hòa là dung dịch còn có thể hòa tan thêm chất tan ở nhiệt độ đó — ví dụ 30 gam NaCl trong 100 gam nước ở 20 °C (giới hạn là 36 gam) thì vẫn còn hòa tan thêm được 6 gam nữa. Dung dịch bão hòa là dung dịch không thể hòa tan thêm chất tan ở nhiệt độ đó — 36 gam NaCl trong 100 gam nước ở 20 °C là bão hòa, cho thêm muối cũng không tan. Dung dịch quá bão hòa là dung dịch chứa nhiều chất tan hơn giới hạn bão hòa ở nhiệt độ đó — trạng thái này không bền, chỉ cần một tác động nhỏ như cho thêm một tinh thể muối vào là chất tan dư sẽ kết tinh ra ngay. Bạn hãy nhớ: bão hòa là trạng thái cân bằng giữa chất tan đang tan ra và chất tan đang kết tinh trở lại, chứ không phải là "nước hết chỗ chứa".
Bốn ví dụ tính độ tan từng bước
Ví dụ 1 (dùng đúng số liệu mẫu): Ở 20 °C, 36 gam muối ăn NaCl tan tối đa trong 100 gam nước. Tính độ tan của NaCl ở 20 °C.
Bạn áp dụng công thức S = m_ct / 100 g H₂O. Bạn thay số: m_ct = 36 g, nước là 100 g nên S = 36 g/100 g H₂O. Vậy độ tan của NaCl ở 20 °C là 36 g/100 g H₂O. Bạn kiểm tra: đơn vị của S là gam trên 100 gam nước, đúng; nhiệt độ 20 °C đã ghi rõ, đúng. Bạn hãy để ý: đây là con số gốc mà mọi bài toán về NaCl ở 20 °C đều dùng, bạn nên nhớ nó như nhớ bảng cửu chương.
Ví dụ 2 (quy về 100 gam nước): Ở 20 °C, người ta hòa tan tối đa 18 gam NaCl trong 50 gam nước. Tính độ tan của NaCl và kiểm tra xem có khớp với Ví dụ 1 không.
Bạn lập tỉ lệ: 50 gam nước hòa tan tối đa 18 gam NaCl, vậy 100 gam nước hòa tan tối đa 18 × 100 / 50 = 36 gam NaCl. Bạn kết luận: S = 36 g/100 g H₂O, khớp hoàn toàn với Ví dụ 1. Bạn kiểm tra: 18 × 2 = 36, đúng; hai thí nghiệm khác nhau cho cùng một độ tan vì độ tan là tính chất của chất ở một nhiệt độ, không phụ thuộc vào lượng nước bạn dùng. Bạn hãy để ý: dạng bài này kiểm tra xem bạn có biết quy về 100 gam nước hay không — ai lấy luôn 18 gam làm độ tan là sai.
Ví dụ 3 (chất tan dư không tan): Ở 20 °C, độ tan của kali nitrat KNO₃ là khoảng 32 g/100 g H₂O. Người ta cho 72 gam KNO₃ vào 200 gam nước ở 20 °C, khuấy kĩ. Hỏi có bao nhiêu gam KNO₃ tan, bao nhiêu gam còn lại không tan, dung dịch thu được là loại nào?
Bạn tính lượng tan tối đa: 200 gam nước hòa tan tối đa 32 × 200 / 100 = 64 gam KNO₃. Bạn so sánh: cho vào 72 gam, nhiều hơn 64 gam nên chỉ 64 gam tan, còn lại 72 − 64 = 8 gam không tan, đọng dưới đáy. Bạn kết luận: dung dịch thu được là dung dịch bão hòa, vì đã đạt giới hạn hòa tan. Bạn kiểm tra: 64 + 8 = 72, đúng tổng khối lượng ban đầu. Bạn hãy để ý: chất tan dư không biến mất, nó nằm lại dưới đáy cốc — nhiều bạn quên mất 8 gam này khi làm bài tập về khối lượng dung dịch.
Ví dụ 4 (độ tan đổi theo nhiệt độ): Một dung dịch KNO₃ bão hòa ở 60 °C được pha từ 200 gam nước. Người ta làm nguội dung dịch xuống 20 °C. Biết độ tan của KNO₃ ở 60 °C là khoảng 110 g/100 g H₂O và ở 20 °C là khoảng 32 g/100 g H₂O. Tính khối lượng KNO₃ kết tinh ra khi làm nguội.
Bạn tính lượng KNO₃ đã tan ở 60 °C: 110 × 200 / 100 = 220 gam. Bạn tính lượng KNO₃ tan tối đa ở 20 °C: 32 × 200 / 100 = 64 gam. Bạn tính lượng kết tinh: 220 − 64 = 156 gam. Vậy khi làm nguội từ 60 °C xuống 20 °C, 156 gam KNO₃ sẽ kết tinh ra khỏi dung dịch. Bạn kiểm tra: 64 + 156 = 220, đúng lượng ban đầu. Bạn hãy để ý: đây chính là nguyên tắc làm sạch chất bằng phương pháp kết tinh lại trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp đường, muối — đun nóng để hòa tan nhiều, làm nguội để thu tinh thể sạch.
Năm lỗi sai thường gặp — và cách tránh
Lỗi 1: Nêu độ tan mà quên ghi nhiệt độ.
Nhiều bạn trả lời "độ tan của KNO₃ là 110 g" mà không nói ở nhiệt độ nào, trong khi ở 20 °C nó chỉ là 32 g, ở 100 °C lên tới 246 g. Cách tránh: bạn hãy nhớ độ tan LUÔN đi kèm nhiệt độ, viết đủ dạng "S = 110 g/100 g H₂O ở 60 °C". Khi làm bài, bạn hãy kiểm tra lại xem mình đã ghi nhiệt độ chưa trước khi nộp bài.
Lỗi 2: Nhầm độ tan với nồng độ phần trăm.
Nhiều bạn tính độ tan của NaCl là 36% vì thấy 36 gam trong 100 gam nước. Cách tránh: bạn hãy nhớ độ tan S = 36 g/100 g H₂O, còn nồng độ phần trăm của dung dịch bão hòa đó là 36 / (36 + 100) × 100% ≈ 26,5%, vì mẫu số của nồng độ phần trăm là khối lượng DUNG DỊCH (chất tan + nước), còn mẫu số của độ tan chỉ là khối lượng NƯỚC. Hai khái niệm khác nhau, đừng dùng lẫn.
Lỗi 3: Tính độ tan mà không quy về 100 gam nước.
Nhiều bạn thấy 18 gam NaCl tan tối đa trong 50 gam nước thì kết luận độ tan là 18 g/100 g H₂O. Cách tránh: bạn hãy nhớ độ tan chuẩn là khối lượng tan trong 100 gam nước, nên phải lập tỉ lệ: 50 gam nước tan 18 gam thì 100 gam nước tan 36 gam. Viết phép tính tỉ lệ ra giấy rồi mới kết luận.
Lỗi 4: Tưởng mọi chất đều tan tốt hơn khi nước nóng lên.
Nhiều bạn khẳng định độ tan của mọi chất rắn đều tăng theo nhiệt độ. Cách tránh: bạn hãy nhớ ĐA SỐ chất rắn tan tốt hơn khi nóng lên, nhưng có ngoại lệ: vôi tôi Ca(OH)₂ và natri sunfat Na₂SO₄ (ở trên 32,4 °C) có độ tan GIẢM khi nhiệt độ tăng. Với chất khí thì ngược lại hẳn: độ tan của khí trong nước GIẢM khi nhiệt độ tăng, đó là lý do nước ngọt để ấm lại mất ga.
Lỗi 5: Tưởng dung dịch bão hòa là dung dịch đặc nhất và không thể chứa thêm chất tan bằng cách nào.
Nhiều bạn nghĩ dung dịch bão hòa ở 20 °C thì đun nóng lên vẫn không hòa tan thêm được. Cách tránh: bạn hãy nhớ bão hòa chỉ đúng Ở NHIỆT ĐỘ ĐÓ. Đun nóng dung dịch bão hòa lên, độ tan của hầu hết các chất tăng theo, dung dịch trở thành chưa bão hòa và lại hòa tan thêm được. Chính vì vậy người ta pha nước chanh bằng nước nóng cho đường tan nhanh rồi mới thêm đá.
Năm bài tập tự luyện
Hãy làm 5 bài tập sau đây rồi đối chiếu với bảng đáp án bên dưới. Nhớ ghi rõ nhiệt độ và quy về 100 gam nước trước khi kết luận.
Câu 1: Ở 20 °C, 36 gam muối ăn NaCl tan tối đa trong 100 gam nước. Độ tan của NaCl ở 20 °C là bao nhiêu?
A. 36 g/100 g H₂O
B. 100 g/100 g H₂O
C. 20 g/100 g H₂O
D. 39,8 g/100 g H₂O
Câu 2: Ở 20 °C, 200 gam nước hòa tan tối đa bao nhiêu gam NaCl? (Biết độ tan của NaCl ở 20 °C là 36 g/100 g H₂O.)
A. 18 g
B. 36 g
C. 72 g
D. 144 g
Câu 3: Ở 20 °C, người ta hòa tan 30 gam NaCl vào 100 gam nước, muối tan hết. Dung dịch thu được là dung dịch gì? (Biết độ tan của NaCl ở 20 °C là 36 g/100 g H₂O.)
A. Dung dịch bão hòa
B. Dung dịch chưa bão hòa
C. Dung dịch quá bão hòa
D. Dung dịch không tan
Câu 4: Khi tăng nhiệt độ từ 20 °C lên 60 °C, độ tan của kali nitrat KNO₃ trong nước thay đổi như thế nào? (Biết độ tan của KNO₃ ở 20 °C khoảng 32 g/100 g H₂O, ở 60 °C khoảng 110 g/100 g H₂O.)
A. Tăng mạnh
B. Giảm
C. Không đổi
D. Tăng rất ít
Câu 5: Ở 20 °C, người ta cho 40 gam NaCl vào 100 gam nước, khuấy kĩ. Kết quả thu được là gì? (Biết độ tan của NaCl ở 20 °C là 36 g/100 g H₂O.)
A. 40 gam muối tan hết
B. 36 gam muối tan, 4 gam còn lại không tan
C. Chỉ 4 gam muối tan
D. Muối không tan chút nào
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | A | C | B | A | B |
Giải thích Câu 1 — Đáp án A đúng: Độ tan S = m_ct / 100 g H₂O = 36 g/100 g H₂O ở 20 °C. Đáp án B sai vì 100 g là khối lượng nước chuẩn, không phải khối lượng chất tan. Đáp án C sai vì 20 là nhiệt độ, không phải độ tan. Đáp án D sai vì 39,8 g/100 g H₂O là độ tan của NaCl ở khoảng 100 °C, không phải ở 20 °C.
Giải thích Câu 2 — Đáp án C đúng: 100 gam nước hòa tan tối đa 36 gam NaCl, nên 200 gam nước hòa tan tối đa 36 × 200 / 100 = 72 gam. Đáp án A sai vì 18 gam là lượng tan tối đa trong 50 gam nước. Đáp án B sai vì 36 gam chỉ là lượng tan trong 100 gam nước. Đáp án D sai vì 144 gam gấp đôi kết quả đúng, là lỗi nhân nhầm tỉ lệ.
Giải thích Câu 3 — Đáp án B đúng: Giới hạn hòa tan là 36 gam, mà mới hòa tan 30 gam nên dung dịch vẫn còn hòa tan thêm được 6 gam nữa, tức là dung dịch chưa bão hòa. Đáp án A sai vì bão hòa phải đạt đúng 36 gam. Đáp án C sai vì quá bão hòa là vượt quá giới hạn, ở đây còn chưa tới giới hạn. Đáp án D sai vì muối đã tan hết 30 gam, chứng tỏ nó tan được trong nước.
Giải thích Câu 4 — Đáp án A đúng: Độ tan của KNO₃ tăng từ khoảng 32 g lên khoảng 110 g, tức là tăng hơn 3 lần — tăng mạnh. Đáp án B sai vì độ tan của KNO₃ tăng chứ không giảm theo nhiệt độ. Đáp án C sai vì độ tan thay đổi rõ rệt. Đáp án D sai vì "tăng rất ít" là đặc điểm của NaCl (36 lên 39,8), không phải của KNO₃.
Giải thích Câu 5 — Đáp án B đúng: Giới hạn hòa tan là 36 gam nên chỉ 36 gam tan, còn lại 40 − 36 = 4 gam không tan, đọng dưới đáy, dung dịch thu được là dung dịch bão hòa. Đáp án A sai vì vượt quá giới hạn hòa tan thì phần dư không tan được. Đáp án C sai vì 4 gam là phần KHÔNG tan, không phải phần tan. Đáp án D sai vì muối đã tan được 36 gam.
Câu hỏi thường gặp về độ tan của một chất trong nước
Hỏi: Độ tan khác nồng độ phần trăm như thế nào?
Đáp: Độ tan là khối lượng chất tan tối đa trong 100 gam NƯỚC ở một nhiệt độ, còn nồng độ phần trăm là khối lượng chất tan trong 100 gam DUNG DỊCH (chất tan cộng nước). Ví dụ, dung dịch NaCl bão hòa ở 20 °C có độ tan 36 g/100 g H₂O nhưng nồng độ phần trăm chỉ khoảng 26,5%, vì 36 / (36 + 100) × 100% ≈ 26,5%. Hai khái niệm dùng mẫu số khác nhau nên con số khác nhau.
Hỏi: Vì sao khi nêu độ tan bắt buộc phải ghi nhiệt độ?
Đáp: Vì độ tan của cùng một chất thay đổi theo nhiệt độ, có khi thay đổi rất mạnh. Kali nitrat KNO₃ ở 20 °C chỉ tan được khoảng 32 gam, nhưng ở 100 °C tan tới 246 gam — gấp gần 8 lần. Nếu không ghi nhiệt độ, con số độ tan không có ý nghĩa vì không biết đang nói ở điều kiện nào.
Hỏi: Dung dịch bão hòa là gì, làm sao nhận biết?
Đáp: Dung dịch bão hòa là dung dịch không thể hòa tan thêm chất tan ở nhiệt độ đó. Bạn nhận biết bằng cách cho thêm một ít chất tan vào, khuấy kĩ: nếu chất tan không tan thêm mà đọng lại dưới đáy thì dung dịch đã bão hòa. Dung dịch chưa bão hòa thì cho thêm chất tan vẫn tan hết.
Hỏi: Vì sao pha nước chanh bằng nước nóng thì đường tan nhanh hơn?
Đáp: Vì hai lý do: thứ nhất, độ tan của đường tăng theo nhiệt độ nên nước nóng hòa tan được nhiều đường hơn; thứ hai, ở nhiệt độ cao các phân tử nước chuyển động nhanh hơn, va chạm với tinh thể đường mạnh hơn nên đường tan NHANH hơn. Bạn lưu ý: tan nhanh là nói về tốc độ, còn độ tan là nói về lượng tối đa — nước nóng vừa làm đường tan nhanh hơn, vừa tan được nhiều hơn.
Hỏi: Vì sao nước ngọt có ga để ấm lại thì mất ga?
Đáp: Vì khí cacbon đioxit CO₂ hòa tan trong nước ngọt tuân theo quy luật ngược với chất rắn: độ tan của chất khí trong nước GIẢM khi nhiệt độ tăng. Nước ngọt được nạp ga ở nhiệt độ thấp và áp suất cao, khi để ấm lên, độ tan của CO₂ giảm, khí thoát ra ngoài thành bọt và nước ngọt mất ga. Vì vậy nước ngọt ngon nhất khi uống lạnh.
Kết luận
Độ tan chỉ gói gọn trong một công thức: S = m_ct / 100 g H₂O — khối lượng chất tan tối đa trong 100 gam nước ở một nhiệt độ xác định. Bạn hãy nhớ ba điều: mọi con số độ tan đều phải đi kèm nhiệt độ, độ tan là lượng TAN TỐI ĐA chứ không phải lượng bạn cho vào, và muốn tính cho lượng nước khác 100 gam thì phải lập tỉ lệ quy về chuẩn. Làm xong 5 bài tập ở trên, bạn đã đủ tự tin để tính độ tan, phân biệt dung dịch bão hòa với chưa bão hòa — và cũng hiểu vì sao đường tan nhanh hơn trong nước nóng, vì sao nước ngọt để ấm lại mất ga, và vì sao làm nguội dung dịch nóng lại thu được tinh thể đẹp.