கரைதிறனும் Ksp-உம்: எவ்வளவு கரைகிறது, எப்போது வீழ்படிவாகிறது

கரைதிறன் பெருக்கக் கோவையை எழுதுதல்

சிறிதளவே கரையும் அயனித் திண்மம் அதன் நிறைவுற்ற கரைசலுடன் தொடர்பில் இருக்கும்போது, கரைதலும் வீழ்படிவாதலும் சம வேகங்களில் நிகழ்கின்றன. கால்சியம் புளோரைடுக்கு, CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 F⁻(aq), சமநிலை மாறிலி Ksp = [Ca²⁺][F⁻]². திண்மம் ஒரு தூய நிலை என்பதால் விடப்படுகிறது.

ஒவ்வோர் அயனிச் செறிவும் கரைதல் சமன்பாட்டில் உள்ள அதன் கெழுவின் அடுக்குக்கு உயர்த்தப்படுகிறது. வெள்ளி குரோமேட்டுக்கு, Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2 Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq), Ksp = [Ag⁺]²[CrO₄²⁻]. காரீய(II) அயோடைடுக்கு, Ksp = [Pb²⁺][I⁻]².

மோலார் கரைதிறன், s, என்பது ஒரு லிட்டர் நிறைவுற்ற கரைசலில் கரையும் திண்மத்தின் மோல் எண்ணிக்கை. அது கரைதலின் வினைக்கணிதத்தால் Ksp-உடன் தொடர்புடையது; எனவே Ksp-உம் கரைதிறனும் ஒரே எண் அல்ல; வெவ்வேறு வாய்ப்பாட்டு வகை உப்புகளுக்கு இடையே அவற்றை நேரடியாக ஒப்பிட முடியாது.

Ksp-இலிருந்து மோலார் கரைதிறனுக்கு

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு 1. பின்னிணைப்பு J-இல் வெள்ளி குளோரைடின் Ksp = 1.6 × 10⁻¹⁰. s mol/L கரைந்தால், [Ag⁺] = [Cl⁻] = s; எனவே Ksp = s². அப்போது s = √(1.6 × 10⁻¹⁰) = 1.3 × 10⁻⁵ M. M(AgCl) = 143.32 g/mol உடன், அது ஒரு லிட்டருக்கு 1.8 × 10⁻³ g, ஓரிரு மில்லிகிராம்கள்.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு 2. கால்சியம் புளோரைடின் Ksp = 4.0 × 10⁻¹¹. s mol/L கரைந்தால், [Ca²⁺] = s, [F⁻] = 2s; எனவே Ksp = s(2s)² = 4s³. அப்போது s = (4.0 × 10⁻¹¹ / 4)-ஐ 1/3 அடுக்குக்கு உயர்த்தியது = 2.2 × 10⁻⁴ M.

இரண்டையும் ஒப்பிடுங்கள். AgCl-க்குப் பெரிய Ksp உள்ளது; இருந்தும் லிட்டருக்கு மோல்களில் CaF₂ ஏறத்தாழ 17 மடங்கு அதிகம் கரைகிறது. அடுக்கு Ksp கரைதிறனுடன் பொருந்தும் விதத்தை மாற்றுகிறது; எனவே ஒரே அயனி விகிதம் கொண்ட உப்புகளுக்கு மட்டுமே Ksp கொண்டு கரைதிறனை வரிசைப்படுத்தலாம்.

• AgCl அல்லது CaCO₃ போன்ற 1:1 உப்புகள்: Ksp = s².
• CaF₂, PbI₂ அல்லது Ag₂CrO₄ போன்ற 1:2 அல்லது 2:1 உப்புகள்: Ksp = 4s³.
• Al(OH)₃ போன்ற 1:3 உப்புகள்: Ksp = 27s⁴.

அளவிடப்பட்ட கரைதிறனிலிருந்து மீண்டும் Ksp-க்கு

கணக்கீடு மறுதிசையிலும் செயல்படுகிறது. 25 °C-இல் காரீய(II) அயோடைடின் நிறைவுற்ற கரைசலில் லிட்டருக்கு 0.70 g கரைந்த PbI₂ உள்ளது எனக் கண்டறியப்படுகிறது என்று கொள்வோம். M(PbI₂) = 461.0 g/mol உடன், s = 0.70 / 461.0 = 1.52 × 10⁻³ M.

கரையும் ஒவ்வொரு PbI₂-உம் ஒரு Pb²⁺-ஐயும் இரண்டு I⁻-ஐயும் தருகிறது; எனவே [Pb²⁺] = 1.52 × 10⁻³ M, [I⁻] = 3.04 × 10⁻³ M. அப்போது Ksp = (1.52 × 10⁻³)(3.04 × 10⁻³)² = 1.4 × 10⁻⁸; இது பின்னிணைப்பு J மதிப்புடன் ஒத்துப்போகிறது. இங்கு இரண்டு தவறுகள் பொதுவானவை. [I⁻]-இல் 2 என்ற காரணியை மறந்தால் Ksp நான்கு மடங்கு சிறியதாகிறது. [I⁻]-ஐ வர்க்கப்படுத்த மறந்தால் s-இன் அடுக்கே தவறாகிவிடுகிறது.

பொது அயனியைச் சேர்ப்பது கரைதிறனை அடக்குகிறது

கரைசலில் ஏற்கெனவே உப்பின் அயனிகளில் ஒன்று இருந்தால், லீ சாட்லியர் கொள்கை கரைதல் சமநிலையைத் திண்மத்தை நோக்கித் திருப்பித் தள்ளுகிறது. இதுவே பொது அயனி விளைவு.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு. 0.10 M NaCl-இல் AgCl-இன் கரைதிறனைக் காணுங்கள். இப்போது [Cl⁻] = 0.10 + s; 0.10-க்கு அருகில் s மிகச் சிறியது; எனவே [Cl⁻] ≈ 0.10 M. அப்போது s = Ksp / [Cl⁻] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.10 = 1.6 × 10⁻⁹ M. இது தூய நீரில் உள்ளதை விடத் தோராயமாக 8,000 மடங்கு குறைவு; 0.10-உடன் ஒப்பிட s தெளிவாகப் புறக்கணிக்கத்தக்கது; எனவே தோராயம் செல்லுபடியாகிறது.

0.010 M NaF-இல் CaF₂-க்கு, [F⁻] ≈ 0.010 M, s = 4.0 × 10⁻¹¹ / (0.010)² = 4.0 × 10⁻⁷ M; தூய நீரில் உள்ளதை விட ஏறத்தாழ 540 மடங்கு குறைவு. Ksp கோவையில் உள்ளதுபோலவே, இங்கும் புளோரைடு செறிவை வர்க்கப்படுத்த நினைவில் கொள்ளுங்கள்.

வீழ்படிவாகுமா? Q-ஐ Ksp-உடன் ஒப்பிடுதல்

இரண்டு கரைசல்களைக் கலப்பது திண்மத்தை உருவாக்குமா என்பதை முன்கணிக்க, கலந்த பிறகு உள்ள செறிவுகளிலிருந்து அயனிப் பெருக்கம் Q-ஐக் கணக்கிட்டு Ksp-உடன் ஒப்பிடுங்கள். Q, Ksp-ஐ விடப் பெரியதாக இருந்தால், கரைசல் மீநிறைவுற்றது, வீழ்படிவு உருவாகிறது. Q, Ksp-க்குக் குறைவாகவோ சமமாகவோ இருந்தால், திண்மம் உருவாவதில்லை.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு. 0.0010 M Pb(NO₃)₂-இன் 50.0 mL-ஐ 0.0020 M KI-இன் 50.0 mL உடன் கலக்குங்கள். கலத்தல் கனஅளவை இருமடங்காக்குகிறது; எனவே ஒவ்வொரு செறிவும் பாதியாகிறது: [Pb²⁺] = 5.0 × 10⁻⁴ M, [I⁻] = 1.0 × 10⁻³ M. Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻³)² = 5.0 × 10⁻¹⁰. இது Ksp = 1.4 × 10⁻⁸-க்குக் கீழ்; எனவே PbI₂ வீழ்படிவாவதில்லை.

0.020 M KI உடன் மீண்டும் செய்யுங்கள். இப்போது கலந்த பிறகு [I⁻] = 1.0 × 10⁻² M, Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻²)² = 5.0 × 10⁻⁸. இது Ksp-ஐ மிஞ்சுகிறது; எனவே மஞ்சள் நிற PbI₂ உருவாகிறது. கலக்கும்போது ஏற்படும் நீர்த்தலை மறப்பதே இந்தக் கணக்குகளில் மிகவும் பொதுவான பிழை.

தேர்ந்தெடுத்த வீழ்படிவாக்கம்: Ksp மூலம் அயனிகளைப் பிரித்தல்

இரண்டு அயனிகள் ஒவ்வொன்றும் ஒரே வினைப்பொருளுடன் வீழ்படிவாகக்கூடியபோது, குறைந்த வினைப்பொருள் செறிவு தேவைப்படும் உப்பைக் கொண்ட அயனி முதலில் வீழ்படிவாகிறது. மெதுவான சேர்க்கை பின்னர் அவற்றைப் பிரிக்க முடியும்.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு. ஒரு கரைசல் Cl⁻, CrO₄²⁻ இரண்டிலும் 0.010 M; Ag⁺ மெதுவாகச் சேர்க்கப்படுகிறது. [Ag⁺] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.010 = 1.6 × 10⁻⁸ M ஆகும்போது AgCl உருவாகத் தொடங்குகிறது. பின்னிணைப்பு J-இலிருந்து Ksp = 9.0 × 10⁻¹² கொண்ட Ag₂CrO₄, [Ag⁺]² × 0.010 = 9.0 × 10⁻¹² ஆகும்போது உருவாகத் தொடங்குகிறது; எனவே [Ag⁺] = 3.0 × 10⁻⁵ M. AgCl முதலில் வீழ்படிவாகிறது.

சிவப்பு Ag₂CrO₄ தோன்றும் நேரத்தில், [Cl⁻] 1.6 × 10⁻¹⁰ / 3.0 × 10⁻⁵ = 5.3 × 10⁻⁶ M-க்குக் குறைந்திருக்கிறது; எனவே குளோரைடில் ஏறத்தாழ 0.05 சதவீதம் மட்டுமே கரைசலில் எஞ்சுகிறது. அந்தக் கூர்மையான நிற மாற்றமே குளோரைடுக்கான மோர் டைட்ரேஷனின் அடிப்படை.

சில உப்புகள் அமிலத்தில் ஏன் அதிகம் கரைகின்றன

OH⁻, CO₃²⁻ அல்லது F⁻ போல ஒரு உப்பின் எதிரயனி காரமாக இருந்தால், அமிலம் சேர்ப்பது அந்த எதிரயனியைக் கரைசலிலிருந்து நீக்கி, கரைதலை முன்னோக்கி இழுக்கிறது. ஹைட்ராக்சைடுகளும் கார்பனேட்டுகளும் குறைந்த pH-இல் மிக நன்றாகக் கரைகின்றன. AgCl போன்ற வலிமையான அமில எதிரயனிகளின் உப்புகள் இவ்வாறு பாதிக்கப்படுவதில்லை.

தீர்த்த எடுத்துக்காட்டு. மெக்னீசியம் ஹைட்ராக்சைடின் Ksp = 8.9 × 10⁻¹². தூய நீரில், Ksp = 4s³ என்பது s = 1.3 × 10⁻⁴ M, [OH⁻] = 2.6 × 10⁻⁴ M எனத் தருகிறது; எனவே நிறைவுற்ற கரைசலின் pH 10.42. அதற்குப் பதிலாக ஒரு தாங்கல் கரைசல் pH-ஐ 9.00-இல் வைத்திருந்தால், [OH⁻] = 1.0 × 10⁻⁵ M, s = 8.9 × 10⁻¹² / (1.0 × 10⁻⁵)² = 0.089 M, கிட்டத்தட்ட 700 மடங்கு அதிகம். வெளியிடப்படும் ஹைட்ராக்சைடை உறிஞ்சத் தாங்கல் கரைசலுக்குப் போதுமான திறன் உள்ளது என்று இது அனுமானிக்கிறது.

சமர்ப்பிக்கும் முன் சரிபார்க்க வேண்டிய Ksp பிழைகள்

பெரும்பாலான பிழைகள் சமநிலைக் கருத்திலிருந்து அல்ல, கரைதலின் வினைக்கணிதத்திலிருந்து வருகின்றன. கரைதல் சமன்பாட்டையும் அதன் கீழ் s உறுப்புகளையும் எழுதுவது அவற்றில் பெரும்பாலானவற்றைப் பிடிக்கிறது.

• மூன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அயனிகளை வெளியிடும் உப்புக்கு Ksp-ஐ s²-க்குச் சமமாக அமைத்தல்.
• ஓர் அயனியின் செறிவை இருமடங்காக்கிக் கோவையில் அதை வர்க்கப்படுத்தாமல் விடுதல், அல்லது அதன் தலைகீழ்.
• வெவ்வேறு அயனி விகிதங்கள் கொண்ட உப்புகளுக்கு இடையே Ksp கொண்டு கரைதிறனை வரிசைப்படுத்துதல்.
• கலந்த பிறகு Q-ஐக் கணக்கிடும்போது இரண்டு கரைசல்களையும் நீர்க்கச் செய்ய மறத்தல்.
• ஏற்கெனவே உள்ள பொது அயனியைப் புறக்கணித்தல்.
• Ksp கோவையில் திண்மத்தைச் சேர்த்தல்.