Oplosbaarheid en Ksp: hoeveel los op, en wanneer slaan dit neer

Die uitdrukking vir die oplosbaarheidsproduk skryf

Wanneer 'n effens oplosbare ioniese vaste stof in kontak met sy versadigde oplossing is, vind oplossing en neerslag teen gelyke tempo's plaas. Vir kalsiumfluoried is CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 F⁻(aq), en die ewewigskonstante is Ksp = [Ca²⁺][F⁻]². Die vaste stof word uitgelaat omdat dit 'n suiwer fase is.

Elke ioonkonsentrasie word verhef tot die mag van sy koëffisiënt in die oplosvergelyking. Vir silwerchromaat, Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2 Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq), is Ksp = [Ag⁺]²[CrO₄²⁻]. Vir lood(II)-jodied is Ksp = [Pb²⁺][I⁻]².

Molêre oplosbaarheid, s, is die aantal mol van die vaste stof wat per liter versadigde oplossing oplos. Dit hou verband met Ksp deur die stoïgiometrie van die oplosproses, dus is Ksp en oplosbaarheid nie dieselfde getal nie en kan hulle nie direk vergelyk word tussen soute met verskillende formuletipes nie.

Van Ksp na molêre oplosbaarheid

Uitgewerkte voorbeeld 1. Silwerchloried het Ksp = 1.6 × 10⁻¹⁰ in Aanhangsel J. As s mol/L oplos, is [Ag⁺] = [Cl⁻] = s, dus Ksp = s². Dan is s = √(1.6 × 10⁻¹⁰) = 1.3 × 10⁻⁵ M. Met M(AgCl) = 143.32 g/mol is dit 1.8 × 10⁻³ g per liter, 'n paar milligram.

Uitgewerkte voorbeeld 2. Kalsiumfluoried het Ksp = 4.0 × 10⁻¹¹. As s mol/L oplos, is [Ca²⁺] = s en [F⁻] = 2s, dus Ksp = s(2s)² = 4s³. Dan is s = (4.0 × 10⁻¹¹ / 4) tot die mag 1/3 = 2.2 × 10⁻⁴ M.

Vergelyk die twee. AgCl het die groter Ksp, tog is CaF₂ ongeveer 17 keer meer oplosbaar in mol per liter. Die eksponent verander hoe Ksp op oplosbaarheid afbeeld, dus mag jy oplosbaarheid slegs volgens Ksp rangskik vir soute met dieselfde ioonverhouding.

• 1:1-soute soos AgCl of CaCO₃: Ksp = s².
• 1:2- of 2:1-soute soos CaF₂, PbI₂ of Ag₂CrO₄: Ksp = 4s³.
• 1:3-soute soos Al(OH)₃: Ksp = 27s⁴.

Van 'n gemete oplosbaarheid terug na Ksp

Die berekening werk ook andersom. Veronderstel 'n versadigde oplossing van lood(II)-jodied by 25 °C bevat 0.70 g opgeloste PbI₂ per liter. Met M(PbI₂) = 461.0 g/mol is s = 0.70 / 461.0 = 1.52 × 10⁻³ M.

Elke PbI₂ wat oplos, gee een Pb²⁺ en twee I⁻, dus [Pb²⁺] = 1.52 × 10⁻³ M en [I⁻] = 3.04 × 10⁻³ M. Dan is Ksp = (1.52 × 10⁻³)(3.04 × 10⁻³)² = 1.4 × 10⁻⁸, wat met die waarde in Aanhangsel J ooreenstem. Twee glipse is hier algemeen. Om die faktor 2 by [I⁻] te vergeet, maak Ksp vier keer te klein. Om te vergeet om [I⁻] te kwadreer, gee heeltemal die verkeerde mag van s.

'n Gemeenskaplike ioon byvoeg onderdruk oplosbaarheid

As die oplossing reeds een van die sout se ione bevat, druk Le Chatelier se beginsel die oplosewewig terug na die vaste stof. Dit is die gemeenskaplike-ioon-effek.

Uitgewerkte voorbeeld. Vind die oplosbaarheid van AgCl in 0.10 M NaCl. Nou is [Cl⁻] = 0.10 + s, en s is piepklein naas 0.10, dus [Cl⁻] ≈ 0.10 M. Dan is s = Ksp / [Cl⁻] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.10 = 1.6 × 10⁻⁹ M. Dit is rofweg 8,000 keer laer as in suiwer water, en s is duidelik weglaatbaar vergeleke met 0.10, dus hou die benadering.

Vir CaF₂ in 0.010 M NaF is [F⁻] ≈ 0.010 M en s = 4.0 × 10⁻¹¹ / (0.010)² = 4.0 × 10⁻⁷ M, ongeveer 540 keer laer as in suiwer water. Onthou om die fluoriedkonsentrasie hier te kwadreer, net soos in die Ksp-uitdrukking.

Sal dit neerslaan? Q met Ksp vergelyk

Om te voorspel of die meng van twee oplossings 'n vaste stof lewer, bereken die ioonproduk Q uit die konsentrasies na menging en vergelyk dit met Ksp. As Q groter as Ksp is, is die oplossing oorversadig en vorm 'n neerslag. As Q kleiner as of gelyk aan Ksp is, vorm geen vaste stof nie.

Uitgewerkte voorbeeld. Meng 50.0 mL 0.0010 M Pb(NO₃)₂ met 50.0 mL 0.0020 M KI. Menging verdubbel die volume, dus halveer elke konsentrasie: [Pb²⁺] = 5.0 × 10⁻⁴ M en [I⁻] = 1.0 × 10⁻³ M. Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻³)² = 5.0 × 10⁻¹⁰. Dit is onder Ksp = 1.4 × 10⁻⁸, dus slaan geen PbI₂ neer nie.

Herhaal met 0.020 M KI. Nou is [I⁻] = 1.0 × 10⁻² M na menging en Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻²)² = 5.0 × 10⁻⁸. Dit oorskry Ksp, dus vorm geel PbI₂. Om die verdunning by menging te vergeet, is die algemeenste fout in hierdie probleme.

Selektiewe neerslag: ione volgens Ksp skei

Wanneer twee ione elk met dieselfde reagens kan neerslaan, slaan die een waarvan die sout die laer reagenskonsentrasie benodig, eerste neer. Stadige byvoeging kan hulle dan skei.

Uitgewerkte voorbeeld. 'n Oplossing is 0.010 M in sowel Cl⁻ as CrO₄²⁻, en Ag⁺ word stadig bygevoeg. AgCl begin vorm wanneer [Ag⁺] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.010 = 1.6 × 10⁻⁸ M. Ag₂CrO₄, met Ksp = 9.0 × 10⁻¹² uit Aanhangsel J, begin vorm wanneer [Ag⁺]² × 0.010 = 9.0 × 10⁻¹², dus [Ag⁺] = 3.0 × 10⁻⁵ M. AgCl slaan eerste neer.

Teen die tyd dat rooi Ag₂CrO₄ verskyn, het [Cl⁻] tot 1.6 × 10⁻¹⁰ / 3.0 × 10⁻⁵ = 5.3 × 10⁻⁶ M gedaal, dus bly slegs ongeveer 0.05 persent van die chloried in oplossing. Daardie skerp kleurverandering is die grondslag van die Mohr-titrasie vir chloried.

Hoekom sommige soute meer in suur oplos

As 'n sout se anioon 'n basis is, soos OH⁻, CO₃²⁻ of F⁻, verwyder die byvoeging van suur daardie anioon uit oplossing en trek dit die oplosproses voorwaarts. Hidroksiede en karbonate los by lae pH veel beter op. Soute van anione van sterk sure, soos AgCl, word nie op hierdie manier beïnvloed nie.

Uitgewerkte voorbeeld. Magnesiumhidroksied het Ksp = 8.9 × 10⁻¹². In suiwer water gee Ksp = 4s³ s = 1.3 × 10⁻⁴ M en [OH⁻] = 2.6 × 10⁻⁴ M, dus het 'n versadigde oplossing pH 10.42. As 'n buffer die pH eerder op 9.00 hou, is [OH⁻] = 1.0 × 10⁻⁵ M en s = 8.9 × 10⁻¹² / (1.0 × 10⁻⁵)² = 0.089 M, byna 700 keer meer. Dit neem aan dat die buffer genoeg kapasiteit het om die vrygestelde hidroksied te absorbeer.

Ksp-foute om na te gaan voordat jy indien

Die meeste foute kom van die stoïgiometrie van die oplosproses, nie van die ewewigsidee self nie. Om die oplosvergelyking uit te skryf met die s-terme daaronder, vang die meeste daarvan.

• Ksp gelyk aan s² stel vir 'n sout wat drie of meer ione vrystel.
• 'n Ioon se konsentrasie verdubbel maar dit nie in die uitdrukking kwadreer nie, of andersom.
• Oplosbaarheid volgens Ksp rangskik tussen soute met verskillende ioonverhoudings.
• Vergeet om albei oplossings te verdun wanneer Q na menging bereken word.
• 'n Gemeenskaplike ioon ignoreer wat reeds teenwoordig is.
• Die vaste stof in die Ksp-uitdrukking insluit.