CHEM:Iloczyn rozpuszczalności

1

CHEM:Iloczyn rozpuszczalności

Wstęp

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 opisać za pomocą stałych równowagi

 

 

Stała

  nazywana jest iloczynem rozpuszczalności. Przyjmując wartość [MA] jako stałą (osad stanowi fazę

stałą), wzór na iloczyn rozpuszczalności upraszcza się do postaci

 

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

 

Ze wzoru tego można korzystać 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 posługiwać się termodynamicznym (aktywnościowym) iloczynem rozpuszczalności

 

Rozpuszczalność substancji trudno rozpuszczalnych może być określona nie tylko za pomocą iloczynu

rozpuszczalności (

 ), ale również za pomocą rozpuszczalności (R), którą podaje się zazwyczaj w gramach na

dm

3

.

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

• strącanie osadu soli trudno rozpuszczalnych zaczyna się po przekroczeniu takich stężeń jonów, których iloczyn

ma wartość

  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

 ;

• zmiana stężenia jednego z jonów pozostającym w równowadze z osadem powoduje odpowiednią zmianę stężenia

drugiego jonu, aby ich iloczyn pozostał stały;

CHEM:Iloczyn rozpuszczalności

2

• 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

32-

+ 2H

+

→ H

2

SiO

3

↓.

Osady trudno rozpuszczalne w analizie

Strącanie osadów trudno rozpuszczalnych związków jest podstawą analitycznych metod rozdzielania, wykrywania i

oznaczania pierwiastków. Osady mające znaczenie w analizie chemicznej można podzielić na 2 grupy: osady

krystaliczne i osady koloidalne.

Osady krystaliczne charakteryzują się uporządkowana budową krystaliczną. Postać 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 zdolność 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 As2S3, który

ulega szybkiej koagulacji po dodaniu niewielkiej ilości elektrolitu.

Część doświadczalna

Cel ćwiczenia

• Strącanie trudno rozpuszczalnych osadów w roztworach wodnych zawierających jony metali.

• Analiza jakościowa jonów metali.

• Identyfikacja jonów metali w mieszaninach.

Zagadnienia do przygotowania

• Układ dyspersyjny.

• Roztwór właściwy.

• Roztwór koloidalny.

• Osad krystaliczny i koloidalny.

CHEM:Iloczyn rozpuszczalności

3

• Rozpuszczalność, iloczyn rozpuszczalności (stężeniowy i aktywnościowy).

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 ćwiczenia

• Przygotować 100 cm3 roztworu wodnego każdej soli o stężeniu 0,01 M

• Umieścić w statywie probówki (co najmniej 8 sztuk)

• Do każdej probówki wlać 3 ml roztworu wybranej soli (w każdej probówce inny kation)

• Na podstawie wartości Kso odczytanej z tablic wybrać dla każdego kationu przynajmniej jeden czynnik

strącający trudno rozpuszczalny osad

• Dla każdego kationu przeprowadzić przynajmniej jedną reakcję strącania osadu wkraplając czynnik strącający do

probówki zawierającej roztwór odpowiedniego kationu

• Zapisać zaobserwowany efekt (barwę, postać i trwałość osadu)

• Napisać reakcje tworzenia trudno rozpuszczalnych osadów dla zbadanych kationów

• Dla dwóch wybranych reakcji obliczyć minimalne stężenie czynnika strącającego, przy którym zacznie się strącać

osad

• Wykorzystać reakcje strącania do identyfikacji kationów w mieszaninie przygotowanej przez osobę prowadzącą

• Ze względu na toksyczne właściwości związków ołowiu, reakcje z Pb(NO3)2 będą przeprowadzone tylko w

formie pokazów, przez osoby prowadzące ćwiczenia.

CHEM:Iloczyn rozpuszczalności

4

Literatura

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

Wartości

  dla wybranych trudno rozpuszczalnych związków

(podane wartości są ujemnymi logarytmami iloczynów rozpuszczalności)

Źródła i autorzy artykułu

5

Źródła i autorzy artykułu

CHEM:Iloczyn rozpuszczalności  Źródło: https://brain.fuw.edu.pl/edu-wiki/index.php5?oldid=13756  Autorzy: Asia

Źródła, licencje i autorzy grafik

Plik:wartosci pkso.png  Źródło: https://brain.fuw.edu.pl/edu-wiki/index.php5?title=Plik:Wartosci_pkso.png  Licencja: nieznany  Autorzy: -

Licencja

Attribution-Share Alike 3.0 PL
http:/

/

creativecommons.

org/

licenses/

by-sa/

3.

0/

pl