ここでは、気体が水に溶ける様子を調べてみましょう。

気体の圧力と溶解度

アンモニアや塩化水素などの気体は非常に水に溶けやすく、その水溶液はそれぞれ、アンモニア水・塩酸とよばれています。

これにたいして、酸素や水素などの気体はあまり水に溶けません。

また、溶質が固体や液体のときは圧力がかわっても溶解度はそれほどかわりませんが溶質が気体のときは、圧力がかわるにつれて溶解度が非常にかわります。

例えば、サイダーやビールの瓶の中は二酸化炭素の圧力が高く多量の二酸化炭素が溶解しています。

ところが瓶の栓をとると、急に圧力が下がるために二酸化炭素の溶解度も下がりそれまでサイダーやビールに溶けていた二酸化炭素の一部が、泡になって逃げ出します。

サイダーやビールの瓶を空けると泡が吹きこぼれるのも二酸化炭素の溶解度が小さくなったために起こることです。

このように、圧力をかけて気体を水に溶かすと圧力をかけないときより多く気体が溶けます。

詳しく調べると、温度を同じにしておけば100グラムの水に、1気圧で2グラム溶ける気体は2気圧では4グラム溶けることがわかります。

つまり「温度が一定ならば、気体の溶解度はその圧力に比例する」ということになります。
これをヘンリーの法則といいます。

ところが、ボイルの法則によると気体の体積は、温度が一定ならば圧力に反比例します。

したがって、圧力が2倍になると気体の体積は2分の1になります。

ですから、ヘンリーの法則は「温度が一定ならば、決まった体積の水に溶ける気体の体積は圧力がかわっても変化しない」といいかえることもできます。

温度と気体の溶解度

水を温めていくと、沸騰する前に空気が泡になって浮かび上がってきます。
これは、水が温められて空気の溶解度が減ったために起こることです。

一般に、気体の溶解度は固体の場合と違って温度が上がるとかえって減ります。
このこととは、サイダーで試すとよくわかります。

まずサイダー瓶の栓を抜くと圧力が下がるので二酸化炭素が泡になって、盛んに出てきます。

これをビーカーに注ぐとしばらくの間、泡がでますがそのままほうっておくと、しまいに泡がでなくなります。

こうなったサイダーを温めるとまた、盛んに泡がでるようになります。

下の表は、酸素や水素などの気体が1気圧のときにいろいろな温度の水1キログラムに、どれだけ溶けるかをしめしたものです。

この表で、窒素や酸素などの気体は水1キログラムに、0.1グラムも溶けないことがわかります。

つまり、空気は水にあまり溶けないわけです。
0度の水に溶ける酸素0.069グラムは体積になおすと86立方センチたらずですが
この酸素は、魚や貝など水中で生活する動物にとってはなくてはならないものです。

この表にあげた気体と違ってアンモニアや塩化水素などの気体は非常によく水に溶けます。

例えば、1気圧・0℃のときには1キログラムの水に、アンモニアは882.5グラム、塩化水素は、821.3グラムも溶けます。

溶解度

溶解度は、溶媒100グラムに溶ける溶質の量（グラム数）であらわされます。

ホウ酸と塩化ナトリウムの溶解度を比べるとわかるように溶解度は、溶媒が同じでも溶質の種類によって違います。

また、同じ溶質でも、溶媒の種類がかわると溶解度は違ってきます。

例えば、水100グラムに砂糖を溶けるだけ溶けるいつぽうで、アルコール100グラムに水に溶かしたと同じ量の砂糖を溶かします。

この場合、アルコールの濃度が濃いとアルコールに入れた砂糖はほとんど溶けず、固体のまま残ります。

また、前にも説明したように同じ溶媒、同じ溶質でも温度か違うと溶解度も違ってきます。

ですから、溶解度をあらわすには温度と溶質の種類、溶媒の種類をはっきりさせておかなければなりません。

例えば、塩化ナトリウムは20℃の水100グラムに36.0グラム溶けますから塩化ナトリウムの水にたいする溶解度は20℃で36.0であるといいます。

溶解度と濃度

濃度（パーセント濃度）は溶液100グラム中にふくまれる溶質のグラム数と同じです。

例えば、20℃で塩化ナトリウムを溶けるだけとかした水溶液では塩化ナトリウム（溶質）の溶解度が36.0ですから36.0グラムの溶質が、136グラムの溶液（水100グラム+溶質36グラム）に溶けこんでいることになります。

この溶液100グラムにふくまれる溶質の量は

で、約26.5グラムになります。
そこでこの溶液の濃度をパーセント濃度であらわすと26.5パーセントということになります。

いろいろな物質の、水にたいする溶解度を0℃から100℃まで、右のグラフにまとめました。

このような、物質の溶解度と温度との関係をしめすグラフを、溶解度曲線といいます。

その1つは、物が早く溶けるということでもう1つは、物が多く溶けるということです。

溶解度というのは、ある物質かある溶媒にどれだけ溶解するかをあらわすものです。

ですから溶解度がわかればその物質がどれだけ溶解するかを知ることができるわけです。

ホウ酸のとけ方

ホウ酸は、雲母のような薄い感じのきらきらした無色の結晶です。
ホウ酸の溶液は、目薬・うがい薬・しっぷ薬などに使われます。

つぎの表は、いろいろな温度で100グラムの水にホウ酸がどれくらい溶けるかをしめしたものです。

この表をグラフにすると図のようになります。

このグラフを見ると、水の温度が高いほど多くのホウ酸が溶解することがわかります。

いま、50℃の水100グラムにホウ酸を溶かすと11.54グラム溶けるわけですがこの溶液の温度を10℃に下げるとどうなるでしょう。

10℃の水100グラムに溶けるホウ酸の量は3.57グラムですから11.54グラムとの差の7.97グラムはホウ酸の固体となり、溶液から分かれて沈みます。

ホウ酸の大きな粒と小さな粒の溶け方を比べると大きいものより小さいもののほうが早く溶けることがわかります。

一般に、溶質は溶媒の温度が高ければ高いほど多く、しかも早く溶けます。
また、溶質の粒が小さいほど、早く溶けます。

食塩のとけ方

食塩が水に溶けると、食塩水ができます。
食塩の主な成分は塩化ナトリウムですが塩化ナトリウムがいろいろな温度で100グラムの水に溶ける量はつぎの表のようになっています。

いま50℃の水100グラムに塩化ナトリウムを溶かすと37.0グラム溶けます。

この溶液を、10℃に冷やすと10℃の水100グラムに溶ける塩化ナトリウムの量は35.8グラムですからその差の1.2グラムの塩化ナトリウムが溶けきれずに固体になって沈みます。

これをホウ酸のときと比べるとずっと少ない量であることがわかります。

塩化ナトリウムの溶解度をグラフにすると図のようになります。

このグラフは、ホウ酸のグラフと比べると線の傾きが平らになっています。

この線の傾きが小さいのは温度の変化による溶解度の変化が少ないことをあらわすのです。

その反対に、グラフの線の傾きが大きいのは温度の変化による溶解度の変化が多くなることをあらわします。

水酸化カルシウムの溶け方

水酸化カルシウムは消石灰ともいわれ運動場などに白線をひくときに使われる白い粉です。

一般に、溶媒の温度が高いほど溶ける溶質の量が多くなりますが水酸化カルシウムの場合は、これと反対で水の温度が高くなるほど、溶ける量は少なくなります。

水酸化カルシウムが、いろいろな温度で水100グラムに溶ける量は、表のようになります。

この表からもわかるように水酸化カルシウムに、ホウ酸や塩化ナトリウムよりも溶解度が小さくしかも、溶媒の温度が高くなるほど小さくなっています。

この表をグラフにすると左のようになります。
このグラフは、ホウ酸や塩化ナトリウムのグラフと違って右のほうが左のほうより下がっています。

また、溶解度の変化が非常に小さいので、これまでのグラフと違って溶質の量をあらわすたての目盛りを、ずっと引き伸ばしてあります。

溶解度

食塩と砂糖と同じ量の水に溶かしてみると溶ける量は物質によって違いがあることがわかります。　

硫酸銅やホウ酸・ミョウバンなどのいろいろな物質はその物質特有の溶解度をもっています。

白色の粉末が２種類あり、見た目には区別がつかないぐらいよく似ているときこの２種類の物質を水に溶かしてみると一方はたいへんよく溶解し、他方はあまり溶解しなかったとしたらこの２種類の物質は違う物質であることがはっきりするでしょう。

ナフタリンとパラジクロルベンゼンは、融点の違いによって違った物質であることを知ることができました。

この２つの物質を水に入れてよく振ってみると両方とも水に溶けない物質であることがわかります。

物質の溶解度はたんに水にたいする溶解度だけでなく他の液体にたいする溶解度も物質を区別する特性であり物質固有の性質なのです。

結晶のかたち

食塩水を浅い皿の上にうつし、日のあたるところに出しておくと水はしだいに蒸発し、中から同じ形をしたたくさんの結晶があらわれます。

この結晶は食塩を使えば誰がやってもどこでやっても同じ形のものしかできません。

食塩を使って、丸い形の結晶や三角形の結晶、長方形の結晶をつくることができません。

ミョウバンの溶液をビーカーに入れて放置しておくとこれも同じ形をした結晶ができ、そのどれ一つとってみても他のものと結晶の形が違うものは見られません。

ホウ酸や硫酸銅の水溶液を冷やしたときも冷えるにつれてホウ酸ならばホウ酸の結晶、硫酸銅なら硫酸銅の結晶といつも同じ形のものが析出します。

これらのことは結晶の形は、気まぐれにできているのではなくその物質に特有の決まった形があることをしめしています。

つまり、結晶の形も物質の特性であるということができます。