溶解度

温かい水に砂糖をひとさじ入れてかき混ぜると、砂糖の粒が水分子の隙間に入り込み、透明になって姿を消します。このように、他の物質を溶かす液体を「溶媒」、溶けていく物質を「溶質」、この2つが均一に混ざり合って一体になった状態を「溶液」と呼びます。

しかし、同じ水に砂糖をどんどん入れ続けると、いくら勢いよく混ぜても底に溶け残った白い砂糖の結晶が沈んでしまいます。水が受け入れられる溶質の量には限界があり、その限界に達すると、溶ける量と再び結晶に戻る量が釣り合って、見かけ上それ以上溶けなくなるのです。

定員がいっぱいの満員バスを思い浮かべるとイメージしやすいでしょう。ただし、ここでの「座席」は水の中の実際の隙間ではなく、溶けることができる「限界量」を表す例えです。液体が溶質をこれ以上受け入れられないほど満杯になった状態を「飽和状態」と呼び、このときに溶ける限界の量を溶解度といい、一般的には溶媒100gあたりに溶ける溶質の最大質量（g）で表します。

溶解度はいつも決まった固定の数字ではありません。周りの温度や圧力といった条件が変わると、液体が受け入れられる「定員」も大きく変わるからです。

砂糖や硝酸カリウムなど、多くの固体物質は水の温度が上がるほど溶解度がぐんと大きくなります。多くの固体は溶けるときに周囲の熱を吸収するため、温度が高いほど溶ける反応が進みやすくなるためです。ただし、食塩（塩化ナトリウム）のように温度の影響をほとんど受けない固体や、水酸化カルシウムのように逆に溶けにくくなる例外もあります。

一方で、サイダーやコーラに溶けている二酸化炭素のような気体は、正反対の振る舞いをします。温度が上がると、気体の分子がエネルギーを得て液体の外へ飛び出してしまうため、溶解度が急激に下がってしまうのです。そのため、シュワッとした炭酸の刺激を長く保つには、飲み物を冷たく冷やし、フタをしっかり閉めて圧力を高く保つ必要があります。

もう少し詳しく説明すると、溶解度は物質同士が引き合う「化学的な相性の良さ」に大きく左右されます。化学には「似たもの同士はよく溶け合う」という大原則があります。

水のように分子内で電気的な偏りがある極性溶媒は、砂糖のような極性物質や、食塩のようなイオン性物質をよく溶かします。逆に、油やワックスのような無極性物質は水にはほとんど溶けず、ヘキサンのような無極性溶媒によく溶けます。

こうした温度による溶解度の差は、日常生活や様々な産業現場で大いに役立っています。高温の水に物質を限界まで溶かしたあと、ゆっくり冷やしていくと、下がった溶解度の分だけ水が抱えきれなくなった分が純度の高い結晶として底に析出し、不純物の多くは溶液に残ります。これを「再結晶」と呼び、硝酸カリウムのように温度で溶解度が大きく変わる物質や、医薬品の原料を精製する際によく使われる技術です。一方、温度の影響をほとんど受けない食塩などは、主に水を蒸発させて結晶を取り出します。