Oldhatósági egyensúly

Egyszerű oldódásEdit

A szerves szilárd anyag oldódása az anyag szilárd és oldott formája közötti egyensúlynak nevezhető. Például, amikor a szacharóz (asztali cukor) telített oldatot képez

C 12 H 22 O 11 (s) ⇋ C 12 H 22 O 11 (aq) {\ displaystyle \ mathrm {C_ {12} H_ {22} O_ {11} (s) \ balszárnyúak C_ {12} H_ {22} O_ {11}} (aq)}

Ennek a reakciónak egyensúlyi kifejezése írható, mint bármelyik kémiai reakcióra (a reagenseken felüli termékek):

K ⊖ = {C 12 H 22 O 11 (aq)} {C 12 H 22 O 11 (s)} {\ displaystyle K ^ {\ ominus} = {\ frac {\ left \ {\ mathrm { {C} _ {12} {H} _ {22} {O} _ {11} (aq)} \ jobb \}} {\ balra \ {\ mathrm {{C} _ {12} {H} _ { 22} {O} _ {11} (s)} \ right \}}}}

ahol Ko-t termodinamikai oldhatósági állandónak nevezzük. A nadrágtartó aktivitást jelez. A tiszta szilárd anyag tevékenysége definíció szerint egység. Ezért

K ⊖ = {C 12 H 22 O 11 (aq)} {\ displaystyle K ^ {\ ominus} = \ balra \ {\ mathrm {{C} _ {12} {H} _ {22} {O} _ {11} (aq)} \ right \}}

Az anyag, A oldatban kifejtett aktivitása oldatban kifejezhető a koncentráció és az γ aktivitási együttható szorzataként. Ha Ko-t elosztjuk γ-val, akkor az oldhatósági állandó, Ks,

K s = {\ displaystyle K _ {\ mathrm {s}} = \ left \,}

lesz. Ez egyenértékű azzal, hogy a standard állapotot telített oldatként definiáljuk úgy, hogy az aktivitási együttható egy legyen. Az oldhatósági állandó csak akkor állandó, ha az aktivitási együtthatót nem befolyásolja más jelen lévő oldott anyag jelenléte. Az oldhatósági állandó mértékegysége megegyezik az oldott anyag koncentrációjának egységével. Szacharóz esetén K = 1,971 mol dm-3 25 ° C-on. Ez azt mutatja, hogy a szacharóz oldhatósága 25 ° C-on közel 2 mol dm-3 (540 g / l). A szacharóz szokatlan abban az értelemben, hogy magasabb koncentrációban nem képez könnyen túltelített oldatot, mint a legtöbb más szénhidrát.

Oldódás disszociációvalEdit

Az ionos vegyületek általában disszociálnak alkotó ionjaikba, amikor feloldjuk vízben. Például az ezüst-klorid esetében:

A g C l (s) ⇋ A g (aq) + + C l (aq) – {\ displaystyle \ mathrm {AgCl _ {(s)}} \ balszárnyúak \ mathrm { Ag _ {(aq)} ^ {+}} + \ mathrm {Cl _ {(aq)} ^ {-}}}

Ennek a reakciónak az egyensúlyi állandója a következő:

K ⊖ = {Ag + (aq)} {Cl – (aq)} {AgCl (s)} = {Ag + (aq)} {Cl – (aq)} {\ displaystyle K ^ {\ ominus} = {\ frac {\ left \ {{\ ce {Ag +}} _ {{\ ce {(aq)}}} \ jobb \} \ bal \ {{\ ce {Cl -}} _ {{\ ce {(aq)}}}} jobb \}} {\ bal \ {{\ ce {AgCl _ {(s)}}} \ jobb \}}} = \ bal \ {{\ ce {Ag +}} _ {{\ ce {(aq)}}} \ right \} \ left \ {{\ ce {Cl -}} _ {{\ ce {(aq)}}} \ right \}}

ahol K ⊖ {\ displaystyle K ^ {\ ominus}} található a termodinamikai egyensúlyi állandó és a nadrágtartó jelzi az aktivitást. A tiszta szilárd anyag aktivitása definíció szerint egyenlő.

Ha a só oldhatósága nagyon alacsony, az oldatban lévő ionok aktivitási együtthatói majdnem megegyeznek eggyel. Azáltal, hogy ténylegesen egyenlőre állítjuk őket, ez a kifejezés az oldhatósági termék kifejezésére redukálódik:

K sp = = 2 = 2. {\ displaystyle K _ {{\ ce {sp}}} == ^ {2} = ^ {2}. \,}

2: 2 és 3: 3 sók, például CaSO4 és FePO4 esetében az általános kifejezés mert az oldhatósági termék megegyezik az 1: 1 arányú elektrolit

AB ⇋ A p + + B p – {\ displaystyle \ mathrm {AB} \ leftrightharpoons \ mathrm {A} ^ {p +} + \ mathrm { B} ^ {p-}} K sp = = 2 = 2 {\ displaystyle K_ {sp} = \ mathrm {} = \ mathrm {^ {2}} = \ mathrm {^ {2}}} (elektromos töltések elhagyva az általános kifejezéseket, a jelölés egyszerűsége érdekében)

Olyan aszimmetrikus sókkal, mint a Ca (OH) 2, az oldhatósági kifejezést

Ca (OH) 2 ⇋ C a 2 + + 2 OH – {\ displaystyle \ mathrm {Ca (OH) _ {2} \ balszárnyúak {Ca} ^ {2 +} + 2OH ^ {-}}} K sp = 2 {\ displaystyle \ mathrm {K_ {sp} = ^ {2}} }

Általában a kémiai egyensúly mellett

A p B q ⇋ p A n + + q B m – {\ displaystyle \ mathrm {A_ {p} B_ {q} \ balszárnyú p {A} ^ {n +} + q {B} ^ {m-}}} = qp {\ displaystyle \ mathrm {= {\ frac {q} {p}}}}

és az alábbi táblázat, bemutatva az oldhatóság kapcsolatát egy vegyület és a oldhatósági termékének értéke levezethető.

Az oldhatósági termékeket gyakran logaritmikus formában fejezik ki. Így kalcium-szulfát esetén Ksp = 4,93 × 10-5, log Ksp = -4,32. Minél kisebb az érték, vagy annál negatívabb a log érték, annál alacsonyabb az oldhatóság.

Néhány só nem teljesen disszociál az oldatban. Ilyen például az MgSO4, amelyet Manfred Eigen híresen fedezett fel, hogy mind a belső, mind a külső gömb komplexeként jelen van a tengervízben. Az ilyen sók oldhatóságát a reakcióval oldott módszerrel számoljuk.

HydroxidesEdit

A fémion hidroxidjának, az Mn + oldhatósági termékét általában a következőképpen határozzuk meg:

M (OH) n ⇋ M n + + n OH – {\ displaystyle \ mathrm {M (OH) _ {n} \ balszárnyúak \ mathrm {M ^ {n +} + nOH ^ {-}}}} K sp = n {\ displaystyle K_ {sp} = \ mathrm { ^ {n}}}

Az általános célú számítógépes programokat azonban úgy tervezték, hogy hidrogénion-koncentrációkat használjanak az alternatív meghatározásokkal.

M (OH) n + n H + ⇋ M n + + n H 2 O {\ displaystyle \ mathrm {M (OH) _ {n} + nH ^ {+} \ balszárnyúk M ^ {n +} + nH_ {2} O}} K sp ∗ = – n {\ displaystyle K_ {sp} ^ { *} = \ mathrm {^ {- n}}}

A hidroxidok esetében az oldhatósági termékeket gyakran módosított formában, K * sp-ben adják meg, a hidroxidion-koncentráció helyett hidrogénion-koncentrációt használva. A két értéket a víz önionizációs állandója, Kw kapcsolja össze.

K w = {\ displaystyle K_ {w} =} K sp ∗ = K sp (K w) n {\ displaystyle K_ {sp} ^ {*} = {\ frac {K_ {sp}} {(K_ {w}) ^ {n}}}} L g K sp ∗ = lg K sp – n L g K w {\ displaystyle LgK_ {sp} ^ {*} = lgK_ {sp} -nLgK_ {w}}

Például környezeti hőmérsékleten, kalcium-hidroxid, Ca (OH) 2 esetén, lg Ksp kb. −5 és lg K * sp ≈ −5 + 2 × 14 ≈ 23.

Oldódás reakcióvalEdit