Eruvchanlik va Ksp: qanchasi eriydi va qachon cho'kma tushadi

Eruvchanlik ko'paytmasi ifodasini yozish

Kam eriydigan ionli qattiq modda o'zining to'yingan eritmasi bilan tutashganda erish va cho'kish teng tezliklarda sodir bo'ladi. Kalsiy ftorid uchun CaF₂(s) ⇌ Ca²⁺(aq) + 2 F⁻(aq) va muvozanat doimiysi Ksp = [Ca²⁺][F⁻]². Qattiq modda toza faza bo'lgani uchun ifodaga kiritilmaydi.

Har bir ion konsentratsiyasi erish tenglamasidagi o'z koeffitsiyenti darajasiga ko'tariladi. Kumush xromat uchun Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2 Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq), Ksp = [Ag⁺]²[CrO₄²⁻]. Qo'rg'oshin(II) yodid uchun Ksp = [Pb²⁺][I⁻]².

Molyar eruvchanlik s — bir litr to'yingan eritmada eriydigan qattiq modda mollari soni. U Ksp bilan erish stexiometriyasi orqali bog'langan, shuning uchun Ksp va eruvchanlik bir xil son emas va ularni turli formula turidagi tuzlar orasida bevosita taqqoslab bo'lmaydi.

Ksp dan molyar eruvchanlikka

1-yechilgan misol. J ilovasida kumush xloridning Ksp = 1.6 × 10⁻¹⁰. Agar s mol/L erisa, [Ag⁺] = [Cl⁻] = s, shuning uchun Ksp = s². Unda s = √(1.6 × 10⁻¹⁰) = 1.3 × 10⁻⁵ M. M(AgCl) = 143.32 g/mol bo'lganda bu litriga 1.8 × 10⁻³ g, bir-ikki milligramm.

2-yechilgan misol. Kalsiy ftoridning Ksp = 4.0 × 10⁻¹¹. Agar s mol/L erisa, [Ca²⁺] = s va [F⁻] = 2s, shuning uchun Ksp = s(2s)² = 4s³. Unda s = (4.0 × 10⁻¹¹ / 4) ning 1/3 darajasi = 2.2 × 10⁻⁴ M.

Ikkalasini solishtiring. AgCl ning Ksp i kattaroq, ammo CaF₂ litriga mol hisobida taxminan 17 marta yaxshiroq eriydi. Daraja ko'rsatkichi Ksp ning eruvchanlikka qanday mos kelishini o'zgartiradi, shuning uchun eruvchanlikni Ksp bo'yicha faqat ionlar nisbati bir xil bo'lgan tuzlar uchun tartiblash mumkin.

• AgCl yoki CaCO₃ kabi 1:1 tuzlar: Ksp = s².
• CaF₂, PbI₂ yoki Ag₂CrO₄ kabi 1:2 yoki 2:1 tuzlar: Ksp = 4s³.
• Al(OH)₃ kabi 1:3 tuzlar: Ksp = 27s⁴.

O'lchangan eruvchanlikdan Ksp ga qaytish

Hisob teskari yo'nalishda ham ishlaydi. Faraz qilaylik, 25 °C dagi qo'rg'oshin(II) yodidning to'yingan eritmasida litriga 0.70 g erigan PbI₂ borligi aniqlandi. M(PbI₂) = 461.0 g/mol bo'lganda s = 0.70 / 461.0 = 1.52 × 10⁻³ M.

Erigan har bir PbI₂ bitta Pb²⁺ va ikkita I⁻ beradi, shuning uchun [Pb²⁺] = 1.52 × 10⁻³ M va [I⁻] = 3.04 × 10⁻³ M. Unda Ksp = (1.52 × 10⁻³)(3.04 × 10⁻³)² = 1.4 × 10⁻⁸, bu J ilovasidagi qiymatga mos keladi. Bu yerda ikki xato keng tarqalgan. [I⁻] dagi 2 ko'paytuvchisini unutish Ksp ni to'rt marta kichik qiladi. [I⁻] ni kvadratga ko'tarishni unutish esa s ning butunlay noto'g'ri darajasini beradi.

Umumiy ion qo'shish eruvchanlikni kamaytiradi

Agar eritmada tuzning ionlaridan biri allaqachon bo'lsa, Le Shatelye prinsipi erish muvozanatini qattiq modda tomonga qaytaradi. Bu umumiy ion ta'siri.

Yechilgan misol. AgCl ning 0.10 M NaCl dagi eruvchanligini toping. Endi [Cl⁻] = 0.10 + s va s 0.10 ga nisbatan juda kichik, shuning uchun [Cl⁻] ≈ 0.10 M. Unda s = Ksp / [Cl⁻] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.10 = 1.6 × 10⁻⁹ M. Bu toza suvdagiga qaraganda taxminan 8,000 marta kam va s 0.10 ga nisbatan aniq ahamiyatsiz, shuning uchun yaqinlashtirish o'rinli.

0.010 M NaF dagi CaF₂ uchun [F⁻] ≈ 0.010 M va s = 4.0 × 10⁻¹¹ / (0.010)² = 4.0 × 10⁻⁷ M, bu toza suvdagiga qaraganda taxminan 540 marta kam. Bu yerda ftorid konsentratsiyasini Ksp ifodasidagi kabi kvadratga ko'tarishni unutmang.

Cho'kma tushadimi? Q ni Ksp bilan taqqoslash

Ikki eritmani aralashtirish qattiq modda hosil qilishini oldindan aytish uchun aralashtirishdan keyingi konsentratsiyalardan ion ko'paytmasi Q ni hisoblang va uni Ksp bilan taqqoslang. Agar Q Ksp dan katta bo'lsa, eritma o'ta to'yingan va cho'kma hosil bo'ladi. Agar Q Ksp dan kichik yoki unga teng bo'lsa, qattiq modda hosil bo'lmaydi.

Yechilgan misol. 50.0 mL 0.0010 M Pb(NO₃)₂ ni 50.0 mL 0.0020 M KI bilan aralashtiring. Aralashtirish hajmni ikki baravar oshiradi, shuning uchun har bir konsentratsiya ikki marta kamayadi: [Pb²⁺] = 5.0 × 10⁻⁴ M va [I⁻] = 1.0 × 10⁻³ M. Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻³)² = 5.0 × 10⁻¹⁰. Bu Ksp = 1.4 × 10⁻⁸ dan past, shuning uchun PbI₂ cho'kmaga tushmaydi.

0.020 M KI bilan takrorlang. Endi aralashtirishdan keyin [I⁻] = 1.0 × 10⁻² M va Q = (5.0 × 10⁻⁴)(1.0 × 10⁻²)² = 5.0 × 10⁻⁸. Bu Ksp dan oshadi, shuning uchun sariq PbI₂ hosil bo'ladi. Aralashtirishdagi suyultirishni unutish bu masalalardagi eng keng tarqalgan xato.

Tanlab cho'ktirish: ionlarni Ksp bo'yicha ajratish

Ikki ionning har biri bir xil reagent bilan cho'kma hosil qila olsa, tuzi reagentning pastroq konsentratsiyasini talab qiladigani birinchi cho'kadi. So'ng sekin qo'shish ularni ajratishi mumkin.

Yechilgan misol. Eritmada Cl⁻ ham, CrO₄²⁻ ham 0.010 M va Ag⁺ sekin qo'shiladi. AgCl [Ag⁺] = 1.6 × 10⁻¹⁰ / 0.010 = 1.6 × 10⁻⁸ M bo'lganda hosil bo'la boshlaydi. J ilovasidan Ksp = 9.0 × 10⁻¹² bo'lgan Ag₂CrO₄ esa [Ag⁺]² × 0.010 = 9.0 × 10⁻¹² bo'lganda, ya'ni [Ag⁺] = 3.0 × 10⁻⁵ M da hosil bo'la boshlaydi. AgCl birinchi cho'kadi.

Qizil Ag₂CrO₄ paydo bo'lgunga qadar [Cl⁻] 1.6 × 10⁻¹⁰ / 3.0 × 10⁻⁵ = 5.3 × 10⁻⁶ M gacha kamaygan bo'ladi, shuning uchun xloridning atigi taxminan 0.05 foizi eritmada qoladi. Bu keskin rang o'zgarishi xloridni Mor usulida titrlashning asosidir.

Nima uchun ba'zi tuzlar kislotada yaxshiroq eriydi

Agar tuzning anioni OH⁻, CO₃²⁻ yoki F⁻ kabi asos bo'lsa, kislota qo'shish bu anionni eritmadan chiqaradi va erishni oldinga suradi. Gidroksidlar va karbonatlar past pH da ancha yaxshi eriydi. AgCl kabi kuchli kislota anionlari tuzlariga bunday ta'sir bo'lmaydi.

Yechilgan misol. Magniy gidroksidning Ksp = 8.9 × 10⁻¹². Toza suvda Ksp = 4s³ s = 1.3 × 10⁻⁴ M va [OH⁻] = 2.6 × 10⁻⁴ M ni beradi, shuning uchun to'yingan eritmaning pH i 10.42. Agar o'rniga bufer pH ni 9.00 da ushlab tursa, [OH⁻] = 1.0 × 10⁻⁵ M va s = 8.9 × 10⁻¹² / (1.0 × 10⁻⁵)² = 0.089 M, ya'ni deyarli 700 marta ko'p. Bu buferning ajralgan gidroksidni yutishga yetarli sig'imi bor deb faraz qiladi.

Topshirishdan oldin tekshirish kerak bo'lgan Ksp xatolari

Ko'pchilik xatolar muvozanat g'oyasining o'zidan emas, erish stexiometriyasidan kelib chiqadi. Erish tenglamasini va uning ostiga s hadlarini yozib chiqish ularning ko'pini aniqlaydi.

• Uch yoki undan ko'p ion ajratadigan tuz uchun Ksp ni s² ga tenglashtirish.
• Ion konsentratsiyasini ikki baravar oshirib, ifodada uni kvadratga ko'tarmaslik yoki aksincha.
• Ionlar nisbati har xil bo'lgan tuzlarda eruvchanlikni Ksp bo'yicha tartiblash.
• Aralashtirishdan keyin Q ni hisoblashda ikkala eritmani suyultirishni unutish.
• Allaqachon mavjud bo'lgan umumiy ionni e'tiborsiz qoldirish.
• Qattiq moddani Ksp ifodasiga kiritish.