Уусах чанар ба Ksp: хэр их уусах, хэзээ тунадас үүсэх вэ

Уусах чадварын үржвэрийн илэрхийлэл бичих

Бага уусдаг ион хатуу бодис ханасан уусмалтайгаа шүргэлцэж байхад уусалт ба тунадасжилт тэнцүү хурдаар явагдана. Кальцийн фторидын хувьд CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 F⁻(aq), тэнцвэрийн тогтмол нь Ksp = [Ca²⁺][F⁻]². Хатуу бодис цэвэр фаз тул түүнийг оруулахгүй.

Ионы концентраци бүрийг уусалтын тэгшитгэл дэх коэффициентийнх нь зэрэгт дэвшүүлнэ. Мөнгөний хроматын хувьд Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2 Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq), Ksp = [Ag⁺]²[CrO₄²⁻]. Хар тугалга(II)-ын иодидын хувьд Ksp = [Pb²⁺][I⁻]².

Молийн уусах чанар s нь ханасан уусмалын нэг литрт уусах хатуу бодисын молийн тоо. Энэ нь уусалтын стехиометрээр Ksp-тэй холбогддог тул Ksp ба уусах чанар ижил тоо биш бөгөөд өөр томьёоны төрлийн давсуудын хооронд шууд харьцуулж болохгүй.

Ksp-ээс молийн уусах чанар хүртэл

1-р жишээ. Мөнгөний хлорид Хавсралт J-д Ksp = 1.6 × 10⁻¹⁰-тэй. s mol/L уусвал [Ag⁺] = [Cl⁻] = s тул Ksp = s². Тэгвэл s = √(1.6 × 10⁻¹⁰) = 1.3 × 10⁻⁵ M. M(AgCl) = 143.32 g/mol бол энэ нь литр тутамд 1.8 × 10⁻³ g буюу хоёр орчим миллиграмм.

2-р жишээ. Кальцийн фторид Ksp = 4.0 × 10⁻¹¹-тэй. s mol/L уусвал [Ca²⁺] = s ба [F⁻] = 2s тул Ksp = s(2s)² = 4s³. Тэгвэл s = (4.0 × 10⁻¹¹ / 4)-ийг 1/3 зэрэгт дэвшүүлсэн утга = 2.2 × 10⁻⁴ M.

Хоёрыг харьцуул. AgCl илүү их Ksp-тэй ч CaF₂ литр тутамд молиор ойролцоогоор 17 дахин илүү уусдаг. Зэрэг илтгэгч Ksp уусах чанарт хэрхэн буулгагдахыг өөрчилдөг тул уусах чанарыг Ksp-ээр зөвхөн ижил ионы харьцаатай давсуудад эрэмбэлж болно.

• AgCl эсвэл CaCO₃ зэрэг 1:1 давс: Ksp = s².
• CaF₂, PbI₂ эсвэл Ag₂CrO₄ зэрэг 1:2 эсвэл 2:1 давс: Ksp = 4s³.
• Al(OH)₃ зэрэг 1:3 давс: Ksp = 27s⁴.

Хэмжсэн уусах чанараас буцаж Ksp

Тооцоо эсрэг чиглэлд ч явна. 25 °C дахь хар тугалга(II)-ын иодидын ханасан уусмал литр тутамд 0.70 g ууссан PbI₂ агуулдаг нь тогтоогдсон гэж үзье. M(PbI₂) = 461.0 g/mol бол s = 0.70 / 461.0 = 1.52 × 10⁻³ M.

Уусах PbI₂ бүр нэг Pb²⁺ ба хоёр I⁻ өгөх тул [Pb²⁺] = 1.52 × 10⁻³ M ба [I⁻] = 3.04 × 10⁻³ M. Тэгвэл Ksp = (1.52 × 10⁻³)(3.04 × 10⁻³)² = 1.4 × 10⁻⁸ бөгөөд Хавсралт J-ийн утгатай таарна. Энд хоёр алдаа түгээмэл. [I⁻]-ийн 2 гэсэн үржигдэхүүнийг мартах нь Ksp-г дөрөв дахин бага болгоно. [I⁻]-ийг квадратлахаа мартах нь s-ийн зэргийг бүхэлд нь буруу болгоно.

Нийтлэг ион нэмэх нь уусах чанарыг дарна

Уусмал давсны ионуудын нэгийг аль хэдийн агуулж байвал Ле Шательегийн зарчим уусалтын тэнцвэрийг хатуу бодис руу буцаан түлхэнэ. Энэ бол нийтлэг ионы нөлөө.

Бодит жишээ. 0.10 M NaCl дахь AgCl-ийн уусах чанарыг ол. Одоо [Cl⁻] = 0.10 + s бөгөөд s нь 0.10-тай харьцуулахад өчүүхэн тул [Cl⁻] ≈ 0.10 M. Тэгвэл s = Ksp / [Cl⁻] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.10 = 1.6 × 10⁻⁹ M. Энэ нь цэвэр уснаас ойролцоогоор 8,000 дахин бага бөгөөд s нь 0.10-тай харьцуулахад илт үл тоомсорлохуйц тул ойролцоолол хүчинтэй.

0.010 M NaF дахь CaF₂-ийн хувьд [F⁻] ≈ 0.010 M ба s = 4.0 × 10⁻¹¹ / (0.010)² = 4.0 × 10⁻⁷ M, цэвэр уснаас ойролцоогоор 540 дахин бага. Ksp-ийн илэрхийлэлд шиг энд ч фторидын концентрацийг квадратлахаа сана.

Тунадас үүсэх үү? Q-г Ksp-тэй харьцуулах

Хоёр уусмалыг холиход хатуу бодис үүсэх эсэхийг таамаглахын тулд холисны дараах концентрациас ионы үржвэр Q-г тооцоолж, Ksp-тэй харьцуул. Q нь Ksp-ээс их бол уусмал хэт ханасан бөгөөд тунадас үүснэ. Q нь Ksp-ээс бага эсвэл тэнцүү бол хатуу бодис үүсэхгүй.

Бодит жишээ. 0.0010 M Pb(NO₃)₂-ийн 50.0 mL-ийг 0.0020 M KI-ийн 50.0 mL-тэй холь. Холих нь эзлэхүүнийг хоёр дахин ихэсгэх тул концентраци бүр хоёр дахин багасна: [Pb²⁺] = 5.0 × 10⁻⁴ M ба [I⁻] = 1.0 × 10⁻³ M. Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻³)² = 5.0 × 10⁻¹⁰. Энэ нь Ksp = 1.4 × 10⁻⁸-аас доор тул PbI₂ тунадасжихгүй.

0.020 M KI-ээр давт. Одоо холисны дараа [I⁻] = 1.0 × 10⁻² M ба Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻²)² = 5.0 × 10⁻⁸. Энэ нь Ksp-ээс давах тул шар PbI₂ үүснэ. Холих үеийн шингэрүүлэлтийг мартах нь эдгээр бодлогын хамгийн түгээмэл алдаа.

Сонгомол тунадасжилт: ионуудыг Ksp-ээр салгах

Хоёр ион тус бүр ижил урвалжтай тунадасжиж чадах үед давс нь урвалжийн бага концентраци шаарддаг нь эхэлж тунадасжина. Дараа нь аажмаар нэмэх нь тэднийг салгаж чадна.

Бодит жишээ. Уусмал Cl⁻ ба CrO₄²⁻ хоёуланд 0.010 M бөгөөд Ag⁺-ийг аажмаар нэмнэ. [Ag⁺] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.010 = 1.6 × 10⁻⁸ M болоход AgCl үүсч эхэлнэ. Хавсралт J-ийн Ksp = 9.0 × 10⁻¹² бүхий Ag₂CrO₄ [Ag⁺]² × 0.010 = 9.0 × 10⁻¹² болоход үүсч эхлэх тул [Ag⁺] = 3.0 × 10⁻⁵ M. AgCl эхэлж тунадасжина.

Улаан Ag₂CrO₄ гарч ирэх үед [Cl⁻] 1.6 × 10⁻¹⁰ / 3.0 × 10⁻⁵ = 5.3 × 10⁻⁶ M хүртэл буурсан байх тул хлоридын ердөө 0.05 хувь орчим уусмалд үлдэнэ. Тэр огцом өнгөний өөрчлөлт нь хлоридын Морын титрлэлтийн үндэс.

Зарим давс яагаад хүчилд илүү уусдаг вэ

Хэрэв давсны анион OH⁻, CO₃²⁻ эсвэл F⁻ зэрэг суурь бол хүчил нэмэх нь тэр анионыг уусмалаас зайлуулж, уусалтыг шууд чиглэлд татна. Гидроксид ба карбонатууд бага pH-д хавьгүй сайн уусдаг. AgCl зэрэг хүчтэй хүчлийн анионтой давсуудад ийм нөлөө үзүүлдэггүй.

Бодит жишээ. Магнийн гидроксид Ksp = 8.9 × 10⁻¹²-тэй. Цэвэр усанд Ksp = 4s³ нь s = 1.3 × 10⁻⁴ M ба [OH⁻] = 2.6 × 10⁻⁴ M өгөх тул ханасан уусмал pH 10.42-тэй. Хэрэв оронд нь буфер pH-г 9.00-д барьвал [OH⁻] = 1.0 × 10⁻⁵ M ба s = 8.9 × 10⁻¹² / (1.0 × 10⁻⁵)² = 0.089 M, бараг 700 дахин их. Энэ нь буфер ялгарсан гидроксидыг шингээх хангалттай багтаамжтай гэж таамагладаг.

Илгээхээсээ өмнө шалгах Ksp-ийн алдаанууд

Ихэнх алдаа тэнцвэрийн санаанаас биш, уусалтын стехиометрээс үүснэ. Уусалтын тэгшитгэл ба түүний доор s гишүүдийг бичих нь ихэнхийг нь барина.

• Гурав ба түүнээс олон ион ялгаруулдаг давсанд Ksp-г s²-тэй тэнцүүлэх.
• Ионы концентрацийг хоёр дахин ихэсгэж илэрхийлэлд квадратлахгүй байх, эсвэл эсрэгээрээ.
• Ионы харьцаа өөр давсуудын уусах чанарыг Ksp-ээр эрэмбэлэх.
• Холисны дараа Q-г тооцоолохдоо хоёр уусмалыг шингэрүүлэхээ мартах.
• Аль хэдийн байгаа нийтлэг ионыг үл тоомсорлох.
• Хатуу бодисыг Ksp-ийн илэрхийлэлд оруулах.