Disolbagarritasuna eta Ksp: zenbat disolbatzen den, eta noiz prezipitatzen den

Disolbagarritasun-biderkaduraren adierazpena idaztea

Apur bat disolbagarria den solido ioniko bat bere disoluzio asearekin kontaktuan dagoenean, disolbatzea eta prezipitatzea abiadura berean gertatzen dira. Kaltzio fluoruroarentzat, CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 F⁻(aq), eta oreka-konstantea Ksp = [Ca²⁺][F⁻]² da. Solidoa kanpoan uzten da fase hutsa delako.

Ioi-kontzentrazio bakoitza disoluzio-ekuazioan duen koefizientearen berretzailera jasotzen da. Zilar kromatoarentzat, Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2 Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq), Ksp = [Ag⁺]²[CrO₄²⁻]. Berun(II) ioduroarentzat, Ksp = [Pb²⁺][I⁻]².

Disolbagarritasun molarra, s, disoluzio asearen litro bakoitzeko disolbatzen den solidoaren mol-kopurua da. Ksp-rekin disoluzioaren estekiometriaren bidez erlazionatuta dago, beraz Ksp eta disolbagarritasuna ez dira zenbaki bera eta ezin dira zuzenean alderatu formula-mota desberdineko gatzen artean.

Ksp-tik disolbagarritasun molarrera

1. adibide landua. Zilar kloruroak Ksp = 1.6 × 10⁻¹⁰ du J eranskinean. s mol/L disolbatzen badira, [Ag⁺] = [Cl⁻] = s, beraz Ksp = s². Orduan s = √(1.6 × 10⁻¹⁰) = 1.3 × 10⁻⁵ M. M(AgCl) = 143.32 g/mol izanik, hori 1.8 × 10⁻³ g litro bakoitzeko da, miligramo pare bat.

2. adibide landua. Kaltzio fluoruroak Ksp = 4.0 × 10⁻¹¹ du. s mol/L disolbatzen badira, [Ca²⁺] = s eta [F⁻] = 2s, beraz Ksp = s(2s)² = 4s³. Orduan s = (4.0 × 10⁻¹¹ / 4) 1/3 berretzailera jasota = 2.2 × 10⁻⁴ M.

Alderatu biak. AgCl-k du Ksp handiena, baina CaF₂ 17 aldiz inguru disolbagarriagoa da mol litro bakoitzeko. Berretzaileak aldatzen du nola islatzen den Ksp disolbagarritasunean, beraz disolbagarritasuna Ksp-ren arabera ordena dezakezu ioi-erlazio bera duten gatzetarako bakarrik.

• 1:1 gatzak, AgCl edo CaCO₃ bezalakoak: Ksp = s².
• 1:2 edo 2:1 gatzak, CaF₂, PbI₂ edo Ag₂CrO₄ bezalakoak: Ksp = 4s³.
• 1:3 gatzak, Al(OH)₃ bezalakoak: Ksp = 27s⁴.

Neurtutako disolbagarritasun batetik Ksp-ra itzultzea

Kalkulua beste norabidean ere egin daiteke. Demagun 25 °C-ko berun(II) ioduroaren disoluzio ase batek litro bakoitzeko 0.70 g PbI₂ disolbatu dituela aurkitzen dela. M(PbI₂) = 461.0 g/mol izanik, s = 0.70 / 461.0 = 1.52 × 10⁻³ M.

Disolbatzen den PbI₂ bakoitzak Pb²⁺ bat eta bi I⁻ ematen ditu, beraz [Pb²⁺] = 1.52 × 10⁻³ M eta [I⁻] = 3.04 × 10⁻³ M. Orduan Ksp = (1.52 × 10⁻³)(3.04 × 10⁻³)² = 1.4 × 10⁻⁸, J eranskineko balioarekin bat datorrena. Bi akats ohikoak dira hemen. [I⁻]-ren 2ko faktorea ahazteak Ksp lau aldiz txikiegia egiten du. [I⁻] karratura jasotzea ahazteak s-ren berretzaile okerra ematen du guztiz.

Ioi komun bat gehitzeak disolbagarritasuna murrizten du

Disoluzioak dagoeneko gatzaren ioietako bat badu, Le Chatelierren printzipioak disoluzio-oreka solidorantz bultzatzen du berriro. Hau ioi komunaren efektua da.

Adibide landua. Aurkitu AgCl-ren disolbagarritasuna 0.10 M NaCl-tan. Orain [Cl⁻] = 0.10 + s, eta s oso txikia da 0.10en aldean, beraz [Cl⁻] ≈ 0.10 M. Orduan s = Ksp / [Cl⁻] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.10 = 1.6 × 10⁻⁹ M. Hori ur hutsean baino 8000 aldiz baxuagoa da gutxi gorabehera, eta s argi eta garbi arbuiagarria da 0.10en aldean, beraz hurbilketak balio du.

CaF₂-rako 0.010 M NaF-tan, [F⁻] ≈ 0.010 M eta s = 4.0 × 10⁻¹¹ / (0.010)² = 4.0 × 10⁻⁷ M, ur hutsean baino 540 aldiz baxuagoa gutxi gorabehera. Gogoratu hemen fluoruro-kontzentrazioa karratura jasotzea, Ksp adierazpenean bezala.

Prezipitatuko al da? Q eta Ksp alderatzea

Bi disoluzio nahasteak solido bat sortzen duen iragartzeko, kalkulatu Q ioi-biderkadura nahastu ondorengo kontzentrazioetatik eta alderatu Ksp-rekin. Q Ksp baino handiagoa bada, disoluzioa gainasea dago eta prezipitatu bat eratzen da. Q Ksp baino txikiagoa edo berdina bada, ez da solidorik eratzen.

Adibide landua. Nahastu 0.0010 M Pb(NO₃)₂-ren 50.0 mL 0.0020 M KI-ren 50.0 mL-rekin. Nahasteak bolumena bikoizten du, beraz kontzentrazio bakoitza erdira jaisten da: [Pb²⁺] = 5.0 × 10⁻⁴ M eta [I⁻] = 1.0 × 10⁻³ M. Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻³)² = 5.0 × 10⁻¹⁰. Hori Ksp = 1.4 × 10⁻⁸ baino txikiagoa da, beraz ez da PbI₂-rik prezipitatzen.

Errepikatu 0.020 M KI-rekin. Orain [I⁻] = 1.0 × 10⁻² M nahastu ondoren eta Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻²)² = 5.0 × 10⁻⁸. Horrek Ksp gainditzen du, beraz PbI₂ horia eratzen da. Nahastean gertatzen den diluzioa ahaztea da problema hauetako akatsik ohikoena.

Prezipitazio selektiboa: ioiak Ksp-ren arabera bereiztea

Bi ioi erreaktibo berarekin prezipita daitezkeenean, bere gatzak erreaktibo-kontzentrazio txikiena behar duena prezipitatzen da lehenik. Gehitze motel batek orduan bereiz ditzake.

Adibide landua. Disoluzio bat 0.010 M da Cl⁻-tan eta CrO₄²⁻-tan, eta Ag⁺ poliki gehitzen da. AgCl eratzen hasten da [Ag⁺] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.010 = 1.6 × 10⁻⁸ M denean. Ag₂CrO₄, J eranskineko Ksp = 9.0 × 10⁻¹²-rekin, eratzen hasten da [Ag⁺]² × 0.010 = 9.0 × 10⁻¹² denean, beraz [Ag⁺] = 3.0 × 10⁻⁵ M. AgCl prezipitatzen da lehenik.

Ag₂CrO₄ gorria agertzen denerako, [Cl⁻] 1.6 × 10⁻¹⁰ / 3.0 × 10⁻⁵ = 5.3 × 10⁻⁶ M-ra jaitsi da, beraz kloruroaren ehuneko 0.05 inguru bakarrik geratzen da disoluzioan. Kolore-aldaketa zorrotz hori da kloruroaren Mohr balorazioaren oinarria.

Zergatik disolbatzen diren gatz batzuk gehiago azidotan

Gatz baten anioia base bat bada, OH⁻, CO₃²⁻ edo F⁻ bezalakoa, azidoa gehitzeak anioi hori disoluziotik kentzen du eta disoluzioa aurrerantz eramaten du. Hidroxidoak eta karbonatoak askoz hobeto disolbatzen dira pH baxuan. Azido indartsuen anioiak dituzten gatzei, AgCl bezalakoei, ez die horrela eragiten.

Adibide landua. Magnesio hidroxidoak Ksp = 8.9 × 10⁻¹² du. Ur hutsean, Ksp = 4s³ adierazpenak s = 1.3 × 10⁻⁴ M eta [OH⁻] = 2.6 × 10⁻⁴ M ematen ditu, beraz disoluzio ase batek pH 10.42 du. Tanpoi batek pH-a 9.00tan mantentzen badu, orduan [OH⁻] = 1.0 × 10⁻⁵ M eta s = 8.9 × 10⁻¹² / (1.0 × 10⁻⁵)² = 0.089 M, ia 700 aldiz gehiago. Horrek suposatzen du tanpoiak askatutako hidroxidoa xurgatzeko adina ahalmen duela.

Entregatu aurretik egiaztatu beharreko Ksp akatsak

Akats gehienak disoluzioaren estekiometriatik datoz, ez orekaren ideiatik beraz. Disoluzio-ekuazioa eta haren azpian s gaiak idazteak gehienak harrapatzen ditu.

• Ksp s²-ren berdina jartzea hiru ioi edo gehiago askatzen dituen gatz baterako.
• Ioi baten kontzentrazioa bikoiztea baina adierazpenean karratura ez jasotzea, edo alderantziz.
• Disolbagarritasuna Ksp-ren arabera ordenatzea ioi-erlazio desberdinak dituzten gatzen artean.
• Bi disoluzioak diluitzea ahaztea nahastu ondoren Q kalkulatzean.
• Dagoeneko dagoen ioi komun bat kontuan ez hartzea.
• Solidoa Ksp adierazpenean sartzea.