Взаимосвязь между растворимостью и константой растворимости

Тема: Константа растворимости (Произведение растворимости)

План

1. Гетерогенные системы

2. Константа растворимости

3. Взаимосвязь между растворимостью и константой растворимости

4. Условия образования осадков

Гетерогенными называются такие системы, которые состоят из нескольких фаз и имеют реальную физическую границу раздела.

Фаза – это часть системы с одинаковыми химическими и физическими свойствами. Межфазные процессы заканчиваются восстановлением гетерогенных динамических равновесий. Например, минеральные компоненты костной и зубной ткани находятся в равновесии с ионами кальция и фосфата плазмы крови. Смещение этого равновесия может привести к развитию патологических состояний. При некоторых патологических состояниях может начаться образование твердой фазы. Например, возникновение мочевых камней (оксалат кальция, фосфат кальция, мочевая кислота) при почечнокаменной болезни, образование холестериновых камней и т.д. В аналитической химии существует ряд гетерогенных процессоров, которые сопровождаются выпадением или растворением осадков. Знание общих закономерностей установления и смещение гетерогенного равновесия позволяет управлять процессами разделения, растворения и определения веществ.

В растворах твердых электролитов (чаще всего это основания и соли) имеет место равновесие на границе двух фаз, например: AgCl(тв) = Ag⁺ + Cl^–.

Оба процесса – прямой и обратный – происходят очень быстро: достаточно в раствор с осадком AgCl добавить иодид калия и перемешать смесь, как почти сразу же весь белый хлорид серебра переходит в желтый иодид AgI; если же в раствор добавить бесцветный сульфид натрия, немедленно образуется черный сульфид серебра Ag₂S.

Константа растворимости

Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита ВаSO₄ с водой. Под действием диполей воды ионы Ва²⁺ и SO₄^2- из кристаллической решетки будут переходить в жидкую фазу. Одновременно под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ва²⁺и SO₄^2- будет осаждаться. При данной температуре в гетерогенной системе установится равновесие: скорость процесса растворения (v₁) будет равна скорости процесса осаждения (v₂).

ВаSO₄ ↔ Ва²⁺+ SO₄^2-

Тв.фаза. Раствор

Такой раствор называется насыщенным. Равновесная гетерогенная система характеризуется константой химического равновесия:

К_х.р.= ,

Знаменатель этой дроби является постоянной величиной, поэтому произведение

К _х.р.∙ С(ВаSO₄ ) – величина постоянная(произведение растворимости или константа растворимости). Обозначается ПР или К_s. Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражении К_s (ПР) концентрации ионов берутся в соответствующих степенях, равных стехиометрическим коэффициентам.

PbСl₂ ↔ Pb²⁺ +2Cl ^-; K_s =C(Pb²⁺) ∙ C²(Cl^-)= ПР (PbCI₂)

Ag₂CrO₄ ↔ 2Ag⁺+ CrO₄^2- K_s =C² (Ag⁺) ∙ C(CrO₄^2-)= ПР(Ag₂CrO₄)

Произведение растворимости (константа растворимости) – это произведение молярной концентрации ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе. Каждая из концентраций берется в степени, равной количеству ионов, образующихся при диссоциации данного электролита.

В общем виде для электролита А_mB_n константа растворимости рассчитывается по формуле: K_s (А_mB_n) = С^m(А) ∙ Сⁿ(В).

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

Так как абсолютно нерастворимых веществ нет, то и K_s 0

Взаимосвязь между растворимостью и константой растворимости

Количественно растворимость различных веществ выражается концентрацией насыщенных растворов. Растворимость данного вещества равна его молярной концентрации в насыщенном растворе (Sмоль/л). Растворимость часто выражается в граммах растворенного вещества на 100г или на 1000г растворителя. Связь между К_s и растворимостью зависит от числа ионов, на которые распадается малорастворимый сильный электролит в растворе.

Бинарный электролит:

АgСI (т) ↔ Аg⁺ (р)+СI^- (р); К_s (АgСI)=С(Аg⁺) ∙ С(СI^-) = 1,8 ∙ 10^-10.

При равновесии: С(Аg⁺) = С(СI^-) = S(АgСI);

К_s (АgСI)=S² (АgСI); S (АgСI)= = =1,3 10^-5

Трёхионный электролит:

Ag₂CrO₄ (т.) ↔ 2Ag⁺(р.) + CrO₄^2-(р.); K_s (Ag₂CrO₄)=C² (Ag⁺) ∙ C(CrO₄^2-)=1,1∙ 10^-12.

В состоянии равновесия: C(CrO₄^2-)= S(Ag₂CrO₄ ) и С(Аg ⁺) =2S(Ag₂CrO₄)

K_s (Ag₂CrO₄)=(2S)² ∙ S =4S³ (Ag₂CrO₄),

S(Ag₂CrO₄ ) = = =6,5 10 ^-5 моль/л.

В общем виде S(А_mВ_n)= .

По величине K_s ряда однотипных соединений (индексы m и n у них одинаковые) можно судить об их относительной растворимости: чем меньше K_s, тем меньше растворимость. Например, можно сравнивать растворимость (в единицах моль/л) для FeS и CuS, но нельзя сравнивать значения K_s для CuS и Ag₂S (разные m). Значения K_s для некоторых малорастворимых соединений приведены в таблице.