溶解平衡

単純な溶解編集

有機固体の溶解は、固体と溶解形態の物質間の平衡として説明できます。たとえば、スクロース（テーブルシュガー）が飽和溶液を形成する場合

C 12 H 22 O 11（s）⇋C12H 22 O 11（aq）{\ displaystyle \ mathrm {C_ {12} H_ {22} O_ {11}（s）\ leftrightharpoons C_ {12} H_ {22} O_ {11}}（aq）}

この反応の平衡式は、他の化学反応（反応物に対する生成物）と同様に記述できます。

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）} \ right \}} {\ left \ {\ mathrm {{C} _ {12} {H} _ { 22} {O} _ {11}（s）} \ right \}}}}

ここで、Koは熱力学的溶解定数と呼ばれます。中括弧はアクティビティを示します。純粋な固体の活動は、定義上、単一性です。したがって、

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

溶液中の物質Aの活量は、濃度と活量係数γの積として表すことができます。 Koをγで割ると、溶解定数Ks、

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

が得られます。これは、活量係数が1になるように、標準状態を飽和溶液として定義することと同じです。溶解定数は、活量係数が存在する可能性のある他の溶質の存在によって影響を受けない場合にのみ真の定数です。溶解定数の単位は、溶質の濃度の単位と同じです。ショ糖の場合K = 1.971 mol dm-3、25°C。これは、25°Cでのショ糖の溶解度がほぼ2 mol dm-3（540 g / l）であることを示しています。ショ糖は、他のほとんどの炭水化物のように、高濃度で過飽和溶液を容易に形成しないという点で珍しいです。

解離による溶解編集

イオン性化合物は通常、構成イオンに解離するときに水に溶かします。たとえば、塩化銀の場合：

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

この反応の平衡定数の式は次のとおりです。

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

ここでK⊖{\ displaystyle K ^ {\ ominus}}は熱力学的平衡定数と中括弧は活動を示します。純粋な固体の活量は、定義上、1に等しくなります。

塩の溶解度が非常に低い場合、溶液中のイオンの活量係数はほぼ1に等しくなります。それらを実際に1に等しくなるように設定することにより、この式は溶解度積の式になります。

K sp = = 2 = 2。 {\ displaystyle K _ {{\ ce {sp}}} == ^ {2} = ^ {2}。\、}

CaSO4やFePO4などの2：2および3：3塩の場合、一般式溶解度積の場合は1：1電解質の場合と同じです

AB⇋Ap+ + B p − {\ displaystyle \ mathrm {AB} \ leftrightharpoons \ mathrm {A} ^ {p +} + \ mathrm { B} ^ {p-}} K sp = = 2 = 2 {\ displaystyle K_ {sp} = \ mathrm {} = \ mathrm {^ {2}} = \ mathrm {^ {2}}}（電荷は表記を簡単にするため、一般式では省略）

Ca（OH）2のような非対称塩の場合、溶解度式は次の式で与えられます。

C a（OH）2⇋Ca2 + + 2 OH − {\ displaystyle \ mathrm {Ca（OH）_ {2} \ leftrightharpoons {Ca} ^ {2 +} + 2OH ^ {-}}} K sp = 2 {\ displaystyle \ mathrm {K_ {sp} = ^ {2}} }

一般に、化学平衡を伴う

ApBq⇋pAn+ + q B m − {\ displaystyle \ mathrm {A_ {p} B_ {q} \ leftrightharpoons p {A} ^ {n +} + q {B} ^ {m-}}} = qp {\ displaystyle \ mathrm {= {\ frac {q} {p}}}}

と次の表、溶解度の関係を示しています化合物とその溶解度積の値は、導き出すことができます。

溶解度積は、対数形式で表されることがよくあります。したがって、硫酸カルシウムの場合、Ksp = 4.93×10-5、log Ksp = -4.32です。値が小さいほど、またはlog値が負であるほど、溶解度は低くなります。

一部の塩は溶液中で完全に解離していません。例としては、マンフレート・アイゲンによって、内球複合体と外球複合体の両方として海水中に存在することが有名に発見されたMgSO4があります。このような塩の溶解度は、反応による溶解で概説されている方法によって計算されます。

HydroxidesEdit

金属イオンの水酸化物の溶解度積Mn +は、通常、次のように定義されます。

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

ただし、汎用コンピュータープログラムは、別の定義で水素イオン濃度を使用するように設計されています。

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

水酸化物の場合、溶解度積は、水酸化物イオン濃度の代わりに水素イオン濃度を使用して、修正された形式K * spで与えられることがよくあります。 2つの値は、水の自己イオン化定数Kwによって関連付けられます。

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}}

たとえば、周囲温度では、水酸化カルシウムCa（OH）2の場合、lgKspは約1です。 −5およびlg K * sp≈−5 + 2×14≈23。

reactionEditによる溶解

溶解との典型的な反応には弱塩基B、酸性水溶液に溶解します。

B（s）+ H +（aq）⇋BH+（aq）{\ displaystyle \ mathrm {B} \ mathrm {（s）} + \ mathrm {H} ^ {+} \ mathrm {（aq）} \ leftrightharpoons \ mathrm {BH} ^ {+}（\ mathrm {aq）}}

この反応は医薬品にとって非常に重要です。弱酸のアルカリ性媒体への溶解も同様に重要です。

HA（s）+ OH −（aq）⇋A−（aq）+ H 2 O {\ displaystyle \ mathrm {HA（s）+ OH ^ {-}（aq）\ leftrightharpoons A ^ {-} （aq）+ H_ {2} O}}

通常、非荷電分子はイオン型よりも溶解度が低いため、溶解度はpHと溶質の酸解離定数に依存します。 「固有の溶解度」という用語は、酸またはアルカリが存在しない場合の非イオン化形態の溶解度を表すために使用されます。

酸雨による岩石や土壌からのアルミニウム塩の浸出は、反応：アルミノシリケートは、酸と反応してAl3 +（aq）などの可溶性種を形成する塩基です。

化学複合体の形成も溶解度を変化させる可能性があります。よく知られている例は、塩化銀の懸濁液へのアンモニアの濃縮溶液の添加です。この溶液では、アンミン錯体の形成によって溶解が促進されます。

A g C l（s）+ 2 NH 3 （aq）⇋+（aq）+ C l −（aq）{\ displaystyle \ mathrm {AgCl（s）+ 2NH_ {3}（aq）\ leftrightharpoons ^ {+}（aq）+ Cl ^ {-}（aq ）}}

塩化銀の懸濁液に十分なアンモニアを加えると、固体が溶解します。石鹸かすの形成を抑制するために粉末洗剤に軟水器を加えることは、実用的な重要性の例を提供します。