溶液の濃さには限界がある！温度によって変化する「溶解度」を元塾講師がわかりやすく解説

ライター／Ayumi

理系出身の元塾講師。わかるから面白い、面白いからもっと知りたくなるのが化学！まずは身近な例を使って楽しみながら考えさせることで、多くの生徒を志望校合格に導いた。

1.溶液についてのおさらい

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前回、溶液について解説しましたね。溶解度を考える上で欠かすことのできない部分なので、ここで簡単なおさらいをしておきましょう。

溶液：一つの液体に他の物質を溶解してできるもの

溶媒：溶液を作るときのもととなる液体で、水が用いられる場合も多い

溶質：液体に溶解した物質(固体・液体または気体)

水溶液：水を溶媒にした溶液

何に何が溶けて何になったの？と考えると理解がスムーズでしたね。

今回勉強する「溶解度」は、溶質が大きく関係しています。それでは詳しく見ていきましょう。

2.溶解度とは

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溶解度とは、一定量の溶媒に対して溶質が溶ける限界量のことです。通常溶媒100 gに溶ける溶質の質量をgで表し、g/100g-溶媒の化学式といった単位をつけて表す場合もあります。水溶液の場合、水が溶媒になりますので g/100g-H₂O となりますね。

溶液の温度が上がるほど、溶けることのできる溶質の量は増えるものが多いものですが、例外もあります。実際のグラフで見てみましょう。

3.溶解度をグラフで考える

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グラフの縦軸が水100gに溶ける溶質の質量g、横軸が溶液の温度を示しています。ここで出てくる物質名は中学高校レベルでは不要のものもあるので、参考程度に見ていきましょう。

オレンジや緑は温度が上がるにつれて溶解する溶質の量も増えていく場合を示しています。これが一般的な溶質における溶解度の変化と考えておくといいでしょう。

しかしピンクのように、温度が上がっても溶解度に大きな変化が見られないものもありますね。塩化ナトリウム NaCl はその代表です。

青のグラフのようにある温度を境に溶解度が変化するもの、水色のグラフのように温度が上がると溶解度は低くなるもの、物質によって様々なのがわかりますね。

その通り！溶液の温度に応じて、溶ける溶質の量の限界が変わる。つまり、溶液の濃度にも限界があり、それは温度によっても変化するということがわかりますね。

では、これを実際の生活の中で実感できる例を見ていきましょう。

4.実生活に関係する溶解度

化学を楽しく理解するには身近な例で考えるのが一番ですよね。今回は3つの例で溶解度について考えてみましょう。

4-1.スポーツ飲料の作り方で溶解度を理解しよう

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自分で粉のスポーツ飲料を溶かして作ったときのことを思い出してみましょう。

すぐ飲みたいからといって粉のスポーツ飲料を冷たい水に溶かしたら上手く溶けなくて、粉が残ってしまったことはありませんか？濃い味にしようと水を減らしたら、飲んだときに粉っぽさを感じた人もいるかもしれませんね。

これが知らずのうちに溶解度を理解するヒントになっているのです。

冷たい水のせいで粉が溶け残ってしまうのは、水の温度を上げることで解決しますよね。常温からぬるま湯程度の温度の水を使い、その後冷蔵庫で冷やせばいいのです。

このような実体験から、温度を上げることで溶質の溶けやすさは変わるという溶解度の基本を学ぶことができるでしょう。

濃い味にしようとして溶け残ってしまう粉が出てしまうのは、水を増やせばいいのです。味はその分薄く感じられるでしょうが、スポーツ飲料は身体にとって最適なミネラルや塩分バランスを考えて作られているので、きちんと作り方を守るようにしましょうね。

このことからも、溶媒に溶解できる溶質の量には限界があるということがわかりますね。

4-2.実際に塩水を作ってグラフと比較してみよう

それでは、より化学らしい実験をしてみましょう。塩化ナトリウムが主成分である塩を使った実験です。これは先ほど示したグラフのピンクにあたり、温度を上げても溶解度が大きく変わらない物質の代表例となります。ただし、塩イコール塩化ナトリウムではないため、必ずしもグラフと合致しないので注意してください、

家庭でも出来る簡単な実験方法を試してみましょう。溶媒としてお湯と水、氷、溶質の塩、温度計と秤、乾いた容器が必要です。

お湯や水、氷を混ぜて、数パターンの温度の溶媒を用意しましょう。それを乾いた容器に100g量り取り、少しずつ塩を加え、溶け残りがごくわずかに残ってしまったところで重さを量ります。容器と溶媒の質量を差し引けば溶媒の質量がわかりますね。

この実験によって、塩は温度を上げても溶解度は大きく変化しないことを身を持って知ることができますね。まさに百聞は一見に如かずです。

4-3.砂糖水を作って溶解度の変化を見てみよう

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続いては砂糖を使って実験を行ってみましょう。

先述した塩水同様に行うこともできますが、砂糖は非常に溶解度の大きい物質です。結論から言ってしまうと、砂糖は水100gあたり20℃で約200g、100℃では約500gまで溶けてしまいます。これでは砂糖が勿体ないので、やり方を変えてみましょう。

砂糖の量を節約するためには、最初の溶媒の量を25gや50gにして実験を行います。溶媒の量が減れば、それだけ溶ける溶質の量も減り、結果として砂糖の節約になりますよね。この場合、実験によって求められた温度ごとに溶けた砂糖の量は、溶媒100gあたりになるように溶質も2倍、4倍して計算するようにしましょう。もし水25gに60gの砂糖が溶けた場合、水100gには240gが溶けたと考えることができます。

同じ温度の溶媒を2つの容器に分け、砂糖と塩で溶ける量やスピードを比較してもいいですね。