Projekt Fizyka wobec wyzwań XXI w. współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach

Europejskiego Funduszu Społecznego

PRAKTIKUM Z CHEMII OGÓLNEJ

Dwiczenia laboratoryjne dla studentów I roku kierunku

„Zastosowania fizyki w biologii i medycynie”

Biofizyka molekularna

Projektowanie molekularne i bioinformatyka

Optyka okularowa

Dwiczenie 3 (04.01.10 – 08.01.10)

Iloczyn rozpuszczalności

Reakcje strącania trudno rozpuszczalnych osadów

Osoby prowadzące:

mgr Joanna Kowalska, mgr Joanna Krasowska, mgr Dorota Kubacka,

dr Elżbieta Bojarska

Wstęp teoretyczny

Iloczyn rozpuszczalności

Iloczyn rozpuszczalności jest wielkością charakteryzującą tworzenie się osadów trudno
rozpuszczalnych soli MA, znajdujących się w stanie równowagi z jonami M

+

i A¯,

pochodzącymi z dysocjacji tej soli. Równowagi odwracalnych reakcji tworzenia i dysocjacji
trudno rozpuszczalnych związków przebiegających zgodnie z równaniem

M

+

+ A¯ ↔ MA (↓)

można opisad za pomocą stałych równowagi

Stała

K

so

nazywana jest iloczynem rozpuszczalności. Przyjmując wartośd [MA] jako stałą

(osad stanowi fazę stałą), wzór na iloczyn rozpuszczalności upraszcza się do postaci

K

so

= [M

+

] [A¯]

Iloczyny rozpuszczalności są wielkościami stałymi dla danego rozpuszczalnika i określonej
temperatury.

W przypadku reakcji typu

mM

n+

+ nA

m-

↔ M

m

A

n

(↓)

iloczyn rozpuszczalności trudno rozpuszczalnego związku wyraża się wzorem

K

so

= [M

n+

]

m

[A

m-

]

n

Ze wzoru tego można korzystad charakteryzując roztwory trudno rozpuszczalnych substancji
o niskiej sile jonowej, ponieważ współczynniki aktywności jonów są bliskie wartości 1. Jeżeli
jednak reakcja tworzenia trudno rozpuszczalnego osadu zachodzi w roztworze o wysokiej sile
jonowej (zawierającym obce jony o znacznym stężeniu molowym), należy wówczas
posługiwad się termodynamicznym (aktywnościowym) iloczynem rozpuszczalności

K

so

a

= [M

n+

]

m

[A

m-

]

n

f

M+

m

f

A-

n

Projekt Fizyka wobec wyzwań XXI w. współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach

Europejskiego Funduszu Społecznego

Rozpuszczalnośd substancji trudno rozpuszczalnych może byd określona nie tylko za
pomocą iloczynu rozpuszczalności (K

so

), ale również za pomocą rozpuszczalności (R), którą

podaje się zazwyczaj w gramach na dm

3

.

Z przedstawionych powyżej rozważao na temat iloczynu rozpuszczalności wynikają ważne
wnioski:

strącanie osadu soli trudno rozpuszczalnych zaczyna się po przekroczeniu takich
stężeo jonów, których iloczyn ma wartośd K

so

tej soli

jeżeli w roztworze obecne są różne jony tworzące trudno rozpuszczalne osady z tym
samym czynnikiem strącającym, to w pierwszej kolejności strąca się sól, której iloczyn
rozpuszczalności jest najmniejszy, a następne sole strącają się w kolejności
wzrastających wartości K

so

zmiana stężenia jednego z jonów pozostającym w równowadze z osadem powoduje
odpowiednią zmianę stężenia drugiego jonu, aby ich iloczyn pozostał stały

wzrost siły jonowej wynikający z obecności elektrolitów nie mających jonów
wspólnych z osadem powoduje wzrost stężenia jonów M

n+

i A

m-

, czyli wzrost

rozpuszczalności

Reakcje strącania osadów dzieli się na 3 typy:

tworzenie trudno rozpuszczalnych soli

Ag

+

+ Cl¯ → AgCl↓

tworzenie trudno rozpuszczalnych wodorotlenków

Cu

2+

+ 2OH¯ → Cu(OH)

2

↓

tworzenie trudno rozpuszczalnych kwasów

SiO

3

2-

+ 2H

+

→ H

2

SiO

3

↓

Trudno rozpuszczalne osady w analizie

Strącanie osadów trudno rozpuszczalnych związków jest podstawą analitycznych metod
rozdzielania, wykrywania i oznaczania pierwiastków. Osady mające znaczenie w analizie
chemicznej można podzielid na 2 grupy: osady krystaliczne i osady koloidalne.

Osady krystaliczne charakteryzują się uporządkowana budową krystaliczną. Postad
drobnokrystaliczna lub grubokrystaliczna osadu zależy od sposobu jego strącania. Po
przekroczeniu iloczynu rozpuszczalności tworzą się najpierw tzw. zarodki krystaliczne, które
wzrastają do rozmiarów właściwych kryształów. Jeżeli warunki strącania umożliwiają
powstaniecie niewielkiej liczby zarodków, to otrzymuje się osad gruboziarnisty. Powstawanie
takich osadów zapewnia mały nadmiar czynników strącających i ich powolne dodawanie,
mieszanie roztworu, wysoka temperatura.

Osady koloidalne powstają w wyniku łączenia się cząsteczek trudno rozpuszczalnej
substancji w aglomeraty posiadające jednoimienne ładunki elektryczne, które odpychając
się wzajemnie tworzą zol. Pod wpływem elektrolitu następuje koagulacja zolu w żel, czyli
strącanie osadu koloidalnego. Przemywanie osadu koloidalnego wodą powoduje proces
odwrotny, czyli przechodzenie żelu w zol (peptyzacja).

Osady koloidalne maja dużą powierzchnię i wykazują zdolnośd do adsorbowania innych
jonów obecnych w roztworze, co prowadzi do znacznego zanieczyszczenia osadów. Dokładne
ich oczyszczenie wymaga procesu podwójnego strącania.

Osady koloidalne dzieli się na hydrofilowe (wykazujące duże powinowactwo do wody) oraz
hydrofobowe (niechętnie przyłączające cząsteczki wody). Przykładem koloidu hydrofilowego
jest uwodniony kwas krzemowy, którego koagulacja wymaga wysokiego stężenia elektrolitu.
Przykładem koloidu hydrofobowego jest As

2

S

3

, który ulega szybkiej koagulacji po dodaniu

niewielkiej ilości elektrolitu.

Częśd doświadczalna

Cel dwiczenia

Strącanie trudno rozpuszczalnych osadów w roztworach wodnych zawierających jony metali,
analiza jakościowa jonów metali.

Zagadnienia do przygotowania

Układ dyspersyjny, roztwór właściwy, roztwór koloidalny, osad krystaliczny i koloidalny,
rozpuszczalnośd, iloczyn rozpuszczalności (stężeniowy i aktywnościowy).

Projekt Fizyka wobec wyzwań XXI w. współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach

Europejskiego Funduszu Społecznego

Odczynniki

Sole: CaCl

2

, SnCl

2

, MgCl

2

, FeCl

3

, AlCl

3

, MnSO

4

, NiSO

4

, ZnSO

4

, CuSO

4

, FeSO

4

(substancje stałe)

Pb(NO

3

)

2

(roztwór wodny) (związek toksyczny!)

Czynniki strącające osady: KOH, H

3

PO

4

, KJ, KSCN, Na

2

C

2

O

4

, K

4

[Fe(CN)

6

]

(roztwory wodne)

Wykonanie dwiczenia

Przygotowad 100 cm

3

roztworu wodnego każdej soli o stężeniu 0,01 M (roztwory te

będą wspólne dla wszystkich grup)

Umieścid w statywie probówki (co najmniej 8 sztuk)

Do każdej probówki wlad 10 ml roztworu wybranej soli (w każdej probówce inny
kation)

Na podstawie wartości K

so

odczytanej z tablic wybrad dla każdego kationu

przynajmniej jeden czynnik strącający trudno rozpuszczalny osad

Dla każdego kationu przeprowadzid przynajmniej jedną reakcję strącania osadu
wkraplając czynnik strącający do probówki zawierającej roztwór odpowiedniego
kationu

Zapisad zaobserwowany efekt (barwę, postad i trwałośd osadu)

Napisad reakcje tworzenia trudno rozpuszczalnych osadów dla zbadanych kationów

Dla dwóch wybranych reakcji obliczyd minimalne stężenie czynnika strącającego, przy
którym zacznie się strącad osad

Wykorzystad reakcje strącania do identyfikacji kationów w mieszaninie
przygotowanej przez osobę prowadzącą

Ze względu na toksyczne właściwości związków ołowiu, reakcje z Pb(NO

3

)

2

będą

przeprowadzone tylko w formie pokazów, przez osoby prowadzące dwiczenia.

Literatura

J. Minczewski, Z. Marczenko, „Chemia analityczna”, Wydawnictwo Naukowe PW

Wartości pK

so

dla wybranych trudno rozpuszczalnych związków

(podane wartości są ujemnymi logarytmami iloczynów rozpuszczalności)

Związek

Wartośd pK

so

Al(OH)

3

AlPO

4

CaCO

3

CaC

2

O

4

Ca(OH)

2

Ca

3

(PO

4

)

2

CuCO

3

CuC

2

O

4

Cu

2

[Fe(CN)

6

]

CuJ
Cu(OH)

2

CuSCN

FeCO

3

Fe

4

[Fe(CN)

6

]

Fe(OH)

2

Fe(OH)

3

FePO

4

MgHN

4

PO

4

MgCO

3

Mg(OH)

2

32,2
18,2

8,4
8,6
5,3
26,0

9,6
7,5
15,9
12,0
18,6
12,7

10,5
40,5
15,1
38,6
21,9

12,6
5,0
10,7

Związek

Wartośd pK

so

MnCO

3

Mn

2

[Fe(CN)

6

]

Mn(OH)

2

NiCO

3

Ni

2

[Fe(CN)

6

]

Ni(OH)

2

PbCO

3

PbC

2

O

4

Pb

2

[Fe(CN)

6

]

PbHPO

4

PbJ

2

Pb(OH)

2

Pb

3

(PO

4

)

2

Sn(OH)

2

ZnCO

3

ZnC

2

O

4

Zn

2

[Fe(CN)

6

]

Zn(OH)

2

Zn

3

(PO

4

)

2

9,3
12,1
12,7

8,2
14,9
14,7

13,1
10,5
16,9
11,4
8,2
16,1
43,5

28,1

10,8
8,9
15,4
15,7
32,0