13. REAKCJE STRĄCANIA OSADÓW. ILOCZYN ROZPUSZCZALNOŚCI.

• Roztwór nasycony. Rozpuszczalność substancji.

• Reakcje strącania osadów. Równania reakcji strąceniowych.

• Zapis jonowy reakcji strąceniowych.

• Iloczyn rozpuszczalności

• Molowa rozpuszczalność (S)

• Tabela rozpuszczalności. Związki wytrącające się jako osady

Roztwór nasycony to roztwór pozostający w równowadze z substancją rozpuszczaną, która więcej się już w nim nie rozpuszcza.

Rozpuszczalność substancji wyraża masę tej substancji wyrażoną w gramach, którą możemy rozpuścić w 100 gramach rozpuszczalnika z utworzeniem roztworu nasyconego. Inaczej jest to stężenie substancji rozpuszczonej w jej roztworze nasyconym.

Reakcje strąceniowe - przykłady, zapis jonowy:

AgNO₃ + HCl → HNO₃ + AgCl↓ Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓

CuSO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + Cu(OH)₂↓ Cu²⁺ + 2OH^- → Cu(OH)₂↓

nA^m+ + mB^n-  (A_nB_m )_osad

W nasyconym roztworze trudno rozpuszczalnego elektrolitu o wzorze ogólnym AB, pozostającego w kontakcie z osadem, ustala się stan równowagi dynamicznej:

(AB)_osad  A⁺ + B^-

Stała równowagi tego typu reakcji ma postać:

K = [A⁺][B^-] / [AB]_osad

Stężenie osadu [AB]_osad ma w stałej temperaturze wartość stałą, a zatem stałą K oraz stałą wartość [AB]_osad można wyrazić za pomocą wspólnej stałej L_AB zwanej iloczynem rozpuszczalności. (L_AB = K * [AB])

L_AB = [A⁺][B^-]

Iloczyn rozpuszczalności jest to iloczyn stężeń jonów trudnorozpuszczalnego elektrolitu w jego roztworze nasyconym. L_AB jest miarą.. rozpuszczalności trudno rozpuszczalnych elektrolitów.

W przypadku kiedy trudno rozpuszczalny elektrolit dysocjuje na kilka jonów, najczęściej o wyższej wartościowości:

(A_nB_m )_osad  nA^m+ + mB^n-

wyrażenie na iloczyn rozpuszczalności przyjmuje postać: L_AnBm = [A^m+]^{n .} [B^n-]^m

Przykład: Bi₂S₃ <=> 2Bi³⁺ + 3S^2- L = [Bi³⁺]^{2 .} [S^2-]³

Molową rozpuszczalność trudno rozpuszczalnego elektrolitu w nasyconym roztworze, wyrażoną w [mol/dm³] oznaczono literą S.

Uwzględniając rozpuszczalność molową S mamy:

L_AnBm = [A^m+]^{n .} [B^n-]^m = (nS)^{n .} (mS)^m = n^{n .} m^{m .} S^(n+m)

i ostatecznie: S = (L_AnBm /n^{n .} m^m)^(n+m)

Dla wyżej napisanego przykładu możemy odczytać, że z jednego mola Bi₂S₃ otrzymamy dwa mole Bi³⁺ i trzy mole S^2-. Po podstawieniu stężeń do iloczynu jonowego otrzymuje się:

L = [Bi³⁺]^{2 .} [S^2-]³ = (2S)^{2 .} (3S)³ = 108 S⁵

Stąd: S = (L/108)^0.2

Grupa substancji rozpuszczalnych

• wszystkie azotany są rozpuszczalne

• wszystkie octany są rozpuszczalne

• wszystkie chlorki, bromki i jodki są rozpuszczalne w wyjątkiem srebrowych, rtęci(I) i ołowiu(II)

• wszystkie siarczany są rozpuszczalne z wyjątkiem siarczanów baru, strontu i ołowiu; CaSO₄, Ag₂SO₄ i Hg₂SO₄ są słabo rozpuszczalne

• wszystkie sole sodowe, potasowe i amonowe są rozpuszczalne z wyjątkiem NaSb(OH)₆, K₂PtCl₆, KClO₄

Grupa substancji praktycznie nierozpuszczalnych

• wszystkie wodorotlenki z wyjątkiem wodorotlenków metali alkalicznych, amonowego i barowego są nierozpuszczalne;
  Ca(OH)₂ i Sr(OH)₂ są gorzej rozpuszczalne,

• wszystkie obojętne węglany i fosforany są nierozpuszczalne z wyjątkiem węglanów i fosforanów amonowych oraz metali alkalicznych,

• wszystkie siarczki z wyjątkiem siarczków amonowych, siarczków metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych są nierozpuszczalne.

Zad.1.

Oblicz wartość iloczynu rozpuszczalności AgCl jeżeli w 200 ml roztworu rozpuszcza się 0.3 mg soli.

R_AgCl = 0.3 mg/0.2 dm^{3 .} 143.32 g/mol = 1.047x10^-5 mol/dm³

AgCl Ag⁺ + Cl^-

[Ag⁺] = [Cl^-] = 1.047x10^-5 mol/dm³

L_AgCl = [Ag⁺][Cl^-] = 1.1x10^-10 mol/dm³

Zad.2.

Obliczyć rozpuszczalność (s_m) Fe₂S₃ w g/dm³, jeśli jego iloczyn rozpuszczalności wynosi 1.0x10^-88.

Fe₂S₃ 2Fe³⁺ + 3S^2-

L_Fe2S3 = [Fe³⁺]²[S^2-]³ = (2s)²(3s)³ = 108s⁵

108s⁵ = 1.0x10^-88, s = (1.0x10^-88/108)^0.2

s = 9.847 ^. 10^-19 mol/dm³

M = 207.996 g/mol

s_m = s ^. M = 9.847 ^. 10^-19 mol/dm^{3 .} 207.996 g/mol = 2.047x10^-16g/dm³

Zad.3.

Zmieszano 150 ml 0.0015 molowego roztworu KJ i 100 ml 0,01 molowego roztworu AgNO₃. Czy wytraci się osad AgJ, jeśli L_AgJ = 8.3x10^-17?

V = (150 + 100)ml = 250 ml

[KJ] = [J^-] = 150x0.0015/250 mol/dm³ = 0.0009 mol/dm³

[AgNO₃] = [Ag⁺] = 100x0.01/250 mol/dm³ = 0.004 mol/dm³

[Ag⁺][J^-] = 0.004 mol/dm³ x 0.0009 mol/dm³ = 3.6x10^-6(mol/dm³)² > L_AgJ = 8.3x10^-17

Osad AgJ wytrąci się, ponieważ iloczyn rozpuszczalności AgJ został przekroczony.

Tabela rozpuszczalności

KATIONY

NH4^+

Na^+

K^+

Ag^+

Mg^2+

Ca^2+

Ba^2+

Zn^2+

Cu^2+

Pb^2+

Fe^2+

Fe^3+

Al^3+

A N I O N Y

OH^-

Cl^-

Br^-

I^-

S^2-

NO3^-

CH3COO^-

CO3^2-

SO4^2-

PO4^3-

SiO4^4-

Bardzo słabo rozpuszczalny

słabo rozpuszczalny

rozpuszczalny

bardzo dobrze rozpuszczalny

zachodzą skomplikowane reakcje

---