Гетерогенные равновесия и процессы жизнедеятельности, лежащие в основе образования основного вещества костной и зубной тканей.

Гетерогенными называются такие системы, которые состоят из нескольких фаз и имеют реальную физическую границу раздела. Фаза – это часть системы с одинаковыми химическими и физико-химическими свойствами. Межфазные процессы заканчиваются установлением гетерогенных динамических равновесий. Например, минеральные компоненты костной и зубной ткани, основу которых составляет гидроксофосфат кальция Са₅(РО₄)₃ОН, находятся в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата плазмы крови. Смещение этого равновесия под влиянием разнообразных факторов может привести к развитию патологических состояний.

В аналитической химии существует ряд гетерогенных процессов, которые сопровождаются выпадением или растворением осадков. Знание общих закономерностей установления и смещения гетерогенного равновесия в системе осадок ↔ раствор позволяет управлять процессами разделения, растворения и определения веществ.

Константа растворимости (ПР). Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита BaSO₄ с водой. Под действием диполей воды ионы Ва²⁺ и SО₄^2– из кристаллической решетки будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ва²⁺ и SО₄^2– вновь будет осаждаться. При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (v₁) будет равна скорости процесса осаждения (v₂), т.е. v₁= v₂:

Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO₄, называется насыщенным относительно сульфата бария. Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:

где: а(Ва²⁺) – активность ионов бария;

а(SO₄^2–) – активность сульфат-ионов;

a(BaSO₄) – активность сульфата бария.

Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO₄ – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константной растворимости и обозначают K_s⁰:

K_s⁰ = а(Ва²⁺)∙а(SO₄^2–).

Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР. Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.

Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f ≈ 1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациям, так как а(Х) = f(X) ∙ С(Х). Термодинамическая константа растворимости K_s⁰ перейдет в концентрационную константу растворимости K_s: K_s= С(Ва²⁺) ∙ С(SO₄^2–),

где С(Ва²⁺) и С(SO₄^2–) – равновесные концентрации ионов Ва²⁺ и SO₄^2– (моль/л) в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита сульфата бария. Для упрощения расчетов обычно пользуются концентрационной константой растворимости K_s, принимая f(X) = 1.

Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение K_s (или K_s⁰) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:

В общем виде значение концентрационной константы растворимости для электролита А_тВ_п имеет вид

K₃=C^m(Aⁿ⁺)×Cⁿ(B^m–).

Величиной K_s принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.