Понятие о произведении растворимости

 

Прежде всего, отметим, что абсолютно нерастворимых в воде химических соединений нет. Все соединения в той или иной степени в воде растворимы. Так при 20^оС растворимость карбоната кальция СаСО₃ в 1 л воды составляет 14 мг/л, а растворимость сульфата бария BaSO₄ – 0, 285 мг/л. Молярные концентрации здесь невелики. Но легко рассчитать, что, например, даже в случае весьма мало растворимого в воде сульфата бария число ионов Ва²⁺ и в 1 л насыщенного раствора огромно (примерно по 10¹⁷ каждого из них), и присутствие этих ионов может существенно изменять свойства раствора (например, его электрическую проводимость).

Поведение в водных растворах мало- или нерастворимых соединений обсуждается в теории произведения растворимости (ПР).

При внесении в воду какого-либо плохо растворимого вещества, растворение прекращается, когда получается насыщенный раствор, т.е. когда между растворяемым веществом (твердая фаза) и находящимися в растворе ионами того же вещества устанавливается равновесие. Это равновесие называется гетерогенным равновесием. Например, после внесения в воду плохо растворимого хлорида серебра AgCl, установилось равновесие и получен насыщенный раствор. Запишем уравнение гетерогенного равновесия:

Данное равновесие можно охарактеризовать константой равновесия:

При данной температуре концентрация хлорида серебра есть величина постоянная. Если К_равн. и при данной температуре имеют постоянные значения, то и их произведение - тоже постоянная величина. Следовательно, можно записать:

Новая константа называется произведением растворимости(ПР). запишем выражение ПР для хлорида серебра:

ПР = [Ag⁺][Cl^-].

Произведением растворимости называется произведение равновесных концентраций ионов в насыщенном растворе над осадком малорастворимого электролита в степени, отвечающей числу этих ионов, возникающих при переходе данного соединения в раствор.

Например, для малорастворимого соединения фторид кальция CaF₂ запишем уравнение гетерогенного равновесия:

Тогда выражение ПР имеет вид:            

Из справочников по химии можно узнать, что ПР при данной температуре величина постоянная (см. табл. 5).

7.2. Насыщенные, ненасыщенные,
пересыщенные растворы с точки зрения теории
произведения растворимости

Введем понятие произведения концентраций (ПК). Произведение концентраций (ПК) ионов – это произведение неравновесных концентраций ионов (зависит от условий задачи), отвечающих числу ионов, которые образуются при диссоциации соединения в растворе.

Например, уравнение гетерогенного равновесия для фосфата кальция Са₃(РО₄)₂:

Выражение ПР для этого соединения:               

Выражение ПК:                                                   

 - молярные неравновесные концентрации ионов, которые зависят от условий задачи.

С точки зрения теории ПР все растворы делятся на насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные.

Раствор, в котором произведение концентраций ионов равно ПР, называется насыщенным (ПК = ПР). В данном случае наблюдается равновесие: осадок ↔ насыщенный раствор.

Раствор, в котором произведение концентраций ионов меньше величины ПР, называется ненасыщенным (ПК < ПР).
В этом случае осадка не будет.

Раствор, в котором произведение концентраций ионов больше величины ПР, называется пересыщенным (ПК > ПР).
В растворе будет образовываться осадок этого соединения, т.к. пересыщенный раствор неустойчив, быстро переходит в насыщенный, что и приводит к образованию осадка. Образованию осадков способствует понижение температуры, т.к. снижается величина ПР и раствор оказывается пересыщенным.

Условием образования осадка является превышение произведения концентрации ионов ПК малорастворимого сильного электролита над величиной ПР. Зная концентрации ионов в растворе, можно прогнозировать направление гетерогенного процесса. Если ПК> ПР (раствор пересыщенный), то произойдет образование твердой фазы, т.е. осадка. Выпадение осадка продолжается до тех пор, пока раствор не станет насыщенным.
В процессе образования осадка можно выделить три стадии:

1) возникновение зародышей(центров) кристаллизации;

2) рост кристаллов из зародышей;

3) агрегация кристаллов с образованием поликристаллического осадка. Эти стадии протекают с разной скоростью. Стадией лимитирующей скорость гетерогенного процесса является самая медленная реакция - образования центров кристаллизации. Поэтому при достижении условия: ПК> ПР не всегда сразу же образуется осадок. Эта стадия может требовать для своего завершения нескольких часов, а то и суток. В некоторых случаях кристаллизация малорастворимого электролита, ограничивается только возникновением его микрокристаллов, которые стабилизируются, и при этом образуется лиофобный коллоидный ультрамикрогетерогенный раствор (см. раздел 9.2).

 

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: