Sprawozdanie z ćwiczenia nr B-20: Iloczyn rozpuszczalności soli trudno
rozpuszczalnych.
2. Wstęp teoretyczny:
W roztworze nasyconym istnienie stan równowagi dynamicznej, gdy\
tyle samo jonów przechodzi w
jednostce czasu do roztworu, ile ich osadza się na kryształach substancji BA. Szybkość narastania jest wtedy
równa szybkości rozpuszczania substancji BA:
k2[B+]Å"[A-] = k1p
po podzieleniu obu stron równania przez k2 otrzymuje się:
k1p
[B+ ]Å"[A-] = = KSO gdzie KSO oznacza iloczyn rozpuszczalnoÅ›ci.
k2
Jest to równanie iloczynu rozpuszczalności soli BA.
Równanie powy\
sze wyra\
one słowami głosi, \
e w roztworze nasyconym trudno rozpuszczalnej soli
iloczyn stÄ™\
eń jonów, na które ta sól się rozpada, jest w danej temperaturze wielkością stałą. Wielkość ta
nazywa się iloczynem rozpuszczalności danej soli.
Nale\
y pamiętać, \
e iloczyn stÄ™\
eń jonów, z których składa się dana sól, jest równoznaczny z iloczynem
rozpuszczalności tylko w przypadku roztworu nasyconego. Dopóki w jakimś roztworze iloczyn stę\
eń tych
jonów ma wartość mniejszą od iloczynu rozpuszczalności, roztwór jest nienasycony w stosunku do
rozpuszczanej soli i wytrÄ…cenie osadu jest niemo\
liwe. Jeśli natomiast iloczyn stę\
eń jonów przewy\
sza iloczyn
rozpuszczalności, roztwór jest przesycony, a więc znajduje się w równowadze nietrwałej; w pewnych
warunkach mo\
e nastąpić powrót do stanu równowagi (roztwór nasycony) i związane z tym wydzielanie przez
roztwór określonej ilości soli.
Sformułowanie iloczynu rozpuszczalności, podane powy\
ej jest słuszne tylko w przypadku soli bardzo
trudno rozpuszczalnych; w roztworze nasyconym znajduje się wtedy tak mała ilość jonów, \
e ich aktywności
mo\
na uwa\
ać za równe stę\
eniom. W bardziej poprawnym, ogólnym ujęciu iloczynu rozpuszczalności jest
iloczynem nie stÄ™\
eń, lecz aktywności:
KSO = aB Å" aA albo KSO = fB Å"[B+]Å" fA [A-]
+ - + -
gdzie aB i aA oznaczają aktywności poszczególnych jonów, fB i fA - odpowiednie współczynniki
+ - + -
aktywności.
Jak z tego wynika, iloczyn stÄ™\
eń jonów w roztworze nasyconym elektrolitu nie jest  wbrew teorii
klasycznej  wielkością stałą, gdy\
jest on odwrotnie proporcjonalny do iloczynu współczynników aktywności:
KSO
[B+ ]Å"[A-] = te zaÅ› zale\
ą od siły jonowe roztworu.
fB Å" fA
+ -
Wielkością stałą jest więc iloczyn stę\
eń jonów tylko w przypadku roztworów nieskończenie
rozcieńczonych, dla których siła jonowa równa się zeru, a tym samym współczynniki aktywności równają się
jedności. Dla takich roztworów (substancji trudno rozpuszczalnej):
KSO = [B+ ]Å"[A-] = const
Ilość osadu nie ma wpływu na równowagę jonów w roztworze.
W przypadku trudno rozpuszczalnej soli dysocjującej na więcej ni\
2 jony iloczyn rozpuszczalności
przybiera postać nieco bardziej zło\
onÄ…, np. dla Ca(OH)2:
-
Ca(OH)2 Ca2+ + 2 OH- wtedy KSO = [Ca2+]Å"[OH ]2 = S Å" (2S)2 = 4S3 gdzie S oznacza stÄ™\
enie
jonów w roztworze nasyconym będących w równowadze z osadem.
Obliczenia teoretyczne, związane z reakcjami wytrącania osadu trudno rozpuszczalnego, a więc np.
obliczanie rozpuszczalności substancji, ustalenie warunków wytrącania lub rozpuszczania osadów, mają du\
e
znaczenie w analizie chemicznej zarówno jakościowej, jak i ilościowej. W obliczeniach tych najczęściej nie
uwzględnia się siły jonowej roztworu, biorąc pod uwagę tylko stę\
enia odpowiednich jonów w roztworze
nasyconym, w którym znajduje się tak mała ilość jonów, \
e ich aktywności mo\
na uwa\
ać za równe stę\
eniom.
1
Do obliczenia iloczynu rozpuszczalności badanej substancji konieczna jest znajomość jej rozpuszczalności,
którą mo\
na wyznaczyć doświadczalnie wykorzystując w tym celu przewodnictwo właściwe i
równowa\
nikowe.
Aby obliczyć stę\
enia soli trudno rozpuszczalnych wystarczy zmierzyć w ich nasyconych roztworach
przewodnictwo właściwe oraz znać wartości tabelaryczne przewodnictwa granicznego równowa\
nikowego. Do
obliczeń mo\
emy posłu\
yć się przewodnictwem granicznym równowa\
nikowym danych elektrolitów poniewa\

ich stÄ™\
enia są bardzo małe. Do obliczenia stę\
enia elektrolitów będę posługiwał się wzorem na przewodnictwo
równowa\
nikowe:
x x
›0 = Ò! CN = gdzie ›0 oznacza przewodnictwo graniczne równowa\
nikowe danego elektrolitu
CN ›0
(tabelaryczne); x oznacza przewodnictwo właściwe (zmierzone); CN oznacza stę\
enie wyra\
one w
gramorównowa\
nikach na jednostkę objętości.
ZnajÄ…c CN mo\
na obliczyć CM (stę\
enie molowe) z wzoru:
CN
CM = gdzie R oznacza gramorównowa\
nik danego elektrolitu.
R
Obliczone CM (stÄ™\
enie molowe) mo\
na wykorzystać do obliczenia iloczynu rozpuszczalności wstawiając
te stÄ™\
enie w miejsce S we wzorze na iloczyn rozpuszczalności dla poszczególnych soli:
2- 2
dla CaSO4 - KSO = [Ca2+ ]Å"[SO4 ] = S Å" S = S
dla PbCl2 - KSO = [Pb2+ ]Å"[Cl-]2 = S Å" (2S)2 = 4S3
-
dla Ca(OH)2 - KSO = [Ca2+]Å"[OH ]2 = S Å" (2S)2 = 4S3
3. Opracowanie wyników:
Wyznaczam stałą naczyńka.
Stała
StÄ™\
enie Przewodnictwo Przewodnictwo
Stała
naczyńka
roztworu właściwe właściwe
naczyńka
(wartość
KCl (doświadczalne)
(teoretyczne)
SN
średnia) SN
[mol/l] [S/cm] [S/cm]
0,1 0,01733 0,01213 0,699942297
0,01 0,00207 0,001329 0,642028986 0,656019413
0,001 0,00023 0,000144 0,626086957
Obliczam stÄ™\
enie wyra\
one w gramorównowa\
nikach na jednostkę objętości oraz stę\
enie molowe dla
poszczególnych roztworów nasyconych soli trudno rozpuszczalnych.
Przewodnictwo
Iloczyn
Przewodnictwo
StÄ™\
enie
StÄ™\
enie
graniczne
Przewodnictwo rozpuszczalności
właściwe
molowe
równowa\
nikowe
x'
właściwe
Elektrolit
(obliczone)
CN = CN (obliczony
(tabelaryczne) ›0
(zmierzone)
›0 CM = wedÅ‚ug
x' = x Å" SN
R
x [S/cm] powy\
szych
[S*cm2*mol-1] lub
[g-równ/l]
[mol/l]
[S/cm]
wzorów)
[&!-1*cm2*mol-1]
CaSO4 0,0031 0,00203366 0,1395 0,014578209 0,007289105
5,31Å"10-5
PbCl2 0,0065 0,004264126 0,331 0,012882556 0,006441278
1,07Å"10-6
Ca(OH)2 0,0108 0,00708501 0,2581 0,027450638 0,013725319
1,03Å"10-5
Porównanie wartości iloczynów rozpuszczalności obliczowych dla soli z wartościami tablicowymi:
2
Iloczyn Iloczyn
BÅ‚Ä…d
Sól rozpuszczalności rozpuszczalności
procentowy
(obliczony) (tablicowy)
CaSO4 71,29 %
5,31Å"10-5 3,1Å"10-5
PbCl2 93,23%
1,07Å"10-6 1,58Å"10-5
Ca(OH)2 35,70%
1,03Å"10-5 7,59Å"10-6
4. Wnioski:
Błędy, które wynikły podczas doświadczenia spowodowane są tym, i\
w obliczeniach zastosowane sÄ…
wartości literaturowe przewodnictwa granicznego równowa\
nikowego dla roztworów. Doświadczalne
wyznaczanie rozpuszczalności substancji trudno rozpuszczalnych nie nale\
y do zadań łatwych, tym te\

tłumaczy się pewne ró\
nice w wartościach iloczynu rozpuszczalności, podawanych przez ró\
nych badaczy.
Ze stałej iloczynu rozpuszczalności mo\
na obliczyć stę\
enie jonów, a więc i rozpuszczalność danego
zwiÄ…zku.
5. Literatura:
Kazimierz Gumiński  Wykłady z chemii fizycznej .
Zdzisław Stefan Szmal, Tadeusz Lipiec  Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej .
Witold Mizerski  Tablice chemiczne .
3