Твір розчинності - студопедія

Закон діючих мас застосуємо як до гомогенним равновесиям, наприклад, до равновесиям в розчинах, так і до равновесиям в гетерогенних системах.

Гетерогенна (неоднорідна) система - це система, що складається з декількох гомогенних фаз, розділених між собою поверхнею розділу. Властивості фаз відрізняються один від одного і прикладами таких гетерогенних систем можуть бути дві незмішувані рідини, осад і насичений розчин над ним, газ і тверде речовина і ін. Рівновага, устанавливающееся в гетерогенній системі на межі поділу фаз, називається гетерогенним рівновагою. Гетерогенна система «осад - розчин» являє собою осад малорастворимого з'єднання, наприклад, сульфату барію BaSO4. що знаходиться в рівновазі з його насиченим розчином:

Нагадаємо, що насиченим називається розчин, що містить максимальну кількість речовини, яке може розчинитися в даному обсязі розчину при даній температурі і тиску. Насичений розчин стійкий в часі.

Пересичений розчин - це розчин, в якому міститься бóльше кількість речовини, ніж в насиченому. Такий розчин нестійкий і надлишок речовини виділяється з нього в тверду фазу, тобто утворюється осад. Процес протікає до освіти над осадом насиченого розчину.

Ненасиченийрозчин характеризується меншою кількістю розчиненої речовини, ніж насичений, і в ньому може бути розчинено додаткову кількість речовини до отримання насиченого розчину.

Концентрація речовини в насиченому розчині називається розчинністю. Розчинність є кількісною характеристикою здатності речовини розчинятися. Розрізняють молярна і масову розчинність речовини.

Молярна розчинність речовини (S. моль / л) - це кількість розчиненої речовини, що міститься в одному літрі його насиченого розчину:

де: n - кількість розчиненої речовини, моль

m - маса розчиненої речовини, г

M - молярна маса розчиненої речовини, г / моль

V - об'єм насиченого розчину, л.

Масова розчинність речовини (Т. г / л) - це маса розчиненої речовини, що міститься в одному літрі його насиченого розчину:

де: m - маса розчиненої речовини, г

V - об'єм насиченого розчину, л

Молярна і масова розчинності пов'язані між собою співвідношенням:

Речовини, молярна розчинність яких не перевищує 10 -2 моль / л, зазвичай вважають малорозчинними. Прикладами малорозчинних солей можуть служити сульфат барію BaSO4. карбонат кальцію СаСО3. хлорид срібла AgCl, сульфід цинку ZnS, розчинність яких у воді дуже мала.

У гетерогенній системі «осад-розчин» на поверхні розділу твердої і рідкої фаз протікають два протилежно спрямованих процесу - перехід молекул малорастворимого речовини в розчин (розчинення) і зворотний процес переходу молекул речовини в осад (осадження). Якщо обидва процеси протікають з однаковою швидкістю, в гетерогенній системі «осад - розчин» на поверхні розділу твердої фази і розчину встановлюється динамічна хімічна рівновага між молекулами речовини в осаді і розчині.

Молекули малорастворимого сильного електроліту, що перейшли в розчин, повністю розпадаються на іони і його непродіссоціірованних молекул в розчині немає. Тому в гетерогенній системі «осад - розчин» встановлюється рівновага між молекулами малорастворимого речовини в осаді і його іонами в насиченому розчині:

Для цього хімічного рівноваги можна написати вираз істинної термодинамічної константи хімічної рівноваги:

Активність твердої речовини а (Mn Xm (т)) приймається постійною і дорівнює одиниці, тоді:

де: і - концентраційний і термодинамічне твір розчинності (ПР)

і - коефіцієнти активності катіона і аніона.

З вище наведених виразів слід правило твори розчинності: твір активностей іонів в ступенях, рівних стехиометрическим коефіцієнтам, в насиченому розчині малорастворимого електроліту є величина постійна для даного розчинника, температури, тиску.

Це правило справедливо як для сильних, так і для слабких електролітів, як для ідеальних, так і для реальних систем. У реальних системах, однак, замість активностей зручніше використовувати концентрації. Відповідно, замість термодинамічної твори розчинності використовують концентраційне твір розчинності - реальне (). Термодинамічні твори розчинності () наведені в довідниках. Для гетерогенного рівноваги «осад-розчин» в воді, коли концентрації катіона і аніона в насиченому розчині над осадом дуже малі і іонна сила практично дорівнює нулю, їх коефіцієнти активності прагнуть до одиниці, то.

Для розрахунку розчинності малорастворимого з'єднання використовують вираз для концентраційного твори розчинності (). Якщо S - молярна розчинність малорастворимой солі. тоді відповідно до рівновагою

рівноважні концентрації катіона і аніона в насиченому розчині дорівнюватимуть:

Підставивши ці значення у вираз для концентраційного твори розчинності, отримаємо:

Якщо іонна сила мала і коефіцієнти активності катіона і аніона прагнуть до одиниці, то можна замість концентраційного твори розчинності () використовувати безпосередньо табличне значення. За цією формулою можна розрахувати молярну розчинність будь-якого малорастворимого речовини в воді.

Розчинність малорастворимого з'єднання залежить від його природи і природи розчинника, температури, тиску, присутності в розчині інших електролітів (як мають, так і не мають однойменні іони з даними малорозчинний з'єднань), а також різних речовин, що вступають з іонами осаду в реакції нейтралізації, комплексоутворення та інші хімічні реакції.

Твір розчинності є однією з основних характеристик малорозчинних електролітів і за значенням ПР:

1. можна розрахувати умови осадження;

2. визначити розчинність даного осаду в даних умовах;

3. з'ясувати який осад буде випадати першим.

З усього сказаного випливають два наслідки:

I. а) Якщо твір концентрації іонів (ІП) менше величини добутку розчинності (ПР), то розчин ненасичений щодо даного труднорастворимого з'єднання і осад не утворюється;

б) якщо твір концентрації іонів (ІП) дорівнює добутку розчинності (ПР), то розчин насичений щодо даного труднорастворимого з'єднання; в розчині настає динамічна рівновага і осад не випадають;

в) Якщо твір концентрації іонів (ІП) більше твори розчинності (ПР), то розчин пересичений щодо даного труднорастворимого з'єднання і осад утворюється. Осад виділяється до тих пір, поки не буде досягнута величина ПР.

II. З двох важкорозчинних сполук в першу чергу випаде в осад той, чий твір розчинності (ПР) буде найменшим.