3分で簡単「水溶液」！元家庭教師がわかりやすく解説

ライター／たかはし　ふみか

高校では化学部に所属。顧問の先生に「薬学部はやめておけ」と言われたミス不器用。それでも化学の道に進みたいと工学部の化学系に進学し大学院修了後は化学工場に勤務と自分の好きな道を突き進んだ才能はないけど根性はあるリケジョ。

水溶液とはどんなもの？

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水溶液とは「物質が水に完全に溶け、均一な状態となっている」溶液のことです。ではそもそも溶液とはなんでしょうか？

溶液とは溶媒(物質を溶かす液体)に溶質(溶媒に溶ける物質)を完全に溶かして全体の濃さが均一となっている液体のことを言います。そして溶液のうち、溶媒が水のものを水溶液というのです。溶媒に溶質が溶ける現象は溶解と呼ばれています。

水溶液の特徴として、次の事を覚えてください。

・透明
水溶液は色がついていたとしても、向こうが透けて見える透明な状態になっています。

・濃さが均一
水溶液では溶質が完全に解けて均一になっています。そのため、どこをすくって濃度を測ったとしても同じ濃度になっているのです。

・放置しても沈殿しない
例えば泥水を振って置いておくといずれ下に土がたまってきます。一方、水溶液は上で説明したように溶質が完全に解けて均一になっているため、時間がたっても沈殿することはありません。

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身近な水溶液の例

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キッチンにあるものから水溶液を考えてみましょう。
例えば食塩水は溶質が食塩（塩化ナトリウム）の水溶液で、炭酸水は二酸化炭素が溶けた水溶液です。塩化ナトリウム水溶液のように分子やイオンが溶けた水溶液は「真の溶液」と呼ばれています。一方、牛乳はコロイド溶液という種類に分類されるのです。コロイド溶液とは、1nm～100nmの大きさのコロイド粒子が均一に散らばって（分散して）いる溶液のことをいいます。

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理科室で水溶液を探すと

・塩酸　（溶質：塩化水素）
・アンモニア水　（溶質：アンモニア）
・BTB溶液　（溶質：ブロモチモールブルー（BTB））

があります。BTB溶液とは中学校の理科でおなじみの、アルカリ性、中性、酸性でそれぞれ青、緑、黄色を示す指示薬ですね。

ところで、勘違いする人が多いのですが塩酸は塩化水素が溶けた水溶液であり、塩酸という物質ではありません。塩酸をはじめ水溶液は混合物に分類されるので、注意してください。

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どれだけ溶ける？溶解度

塩化ナトリウムのような固体だけでなく、気体の二酸化炭素が溶けても水溶液になります。しかし固体と気体では水溶液に大きな違いがあるのです。

溶質が固体の場合、一般的に温度が高いほどよく溶けます。これは料理に塩や砂糖を溶かした経験でイメージできる人もいるでしょう。（例外として水酸化カルシウムがあります。）しかし、気体は逆に温度が低い方がよく溶けるのです。

このような温度と溶質の関係を溶解度と言います。

固体の溶解度

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溶媒100gに溶けることができる溶質の最大の量を固体の溶解度（g）と言います。そして溶解度の限界まで溶けた溶液を飽和溶液、飽和しておらずまだ溶ける余裕がある溶液を不飽和溶液と言うのです。ところで飽和溶液では結晶の溶解と、溶けた粒子が結晶に戻ることが同時に起こっています。この飽和した時の見かけ上溶解が停止した状態を溶解平衡と言うのです。

この溶解度と温度の関係を利用した物質の精製方法があります。それが再結晶です。

温度の上昇で溶解度が大きく変化する物質の飽和溶液を冷却、又は蒸発させると溶けきれなくなった結晶が析出します。溶解させた溶質を析出させることで不純物を取り除く方法を再結晶というのです。また、別の溶媒を加えることでも結晶を析出させることができます。

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気体の溶解度

一方、気体の溶解度は1atmで1mlの溶媒に溶ける溶質の量を0℃、1atmの状態のときの体積で表します。この量は温度が高くなるほど小さくなるのです。固体とは逆ですね。これは、気体は温度が高いほど激しく運動し、溶液中から逃げてしまうからです。そして溶解度が小さい気体では温度が一定の場合、溶解する気体の物質量（質量）は圧力に比例します。一方、体積は温度が一定ならば圧力に関係なく一定となるのです。

温度と溶媒の量が一定の時、溶解度があまり大きくない気体に対して成立する、

「液体に溶ける気体の物質量（質量）は圧力に比例し、体積は圧力に関係なく一定」という法則をヘンリーの法則といいます。

ところで気体に関する法則は計算問題としてよく出てくるので、これを機に確認してみてくださいね。