용해도 평형

Simple dissolutionEdit

유기 고체의 용해는 물질의 고체 형태와 용해 형태 사이의 평형으로 설명 할 수 있습니다. 예를 들어 자당 (설탕)이 포화 용액을 형성 할 때

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

모든 화학 반응 (반응물에 대한 생성물)과 마찬가지로이 반응에 대한 평형 표현식을 작성할 수 있습니다.

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 \}}}}

여기서 Ko는 열역학적 용해도 상수라고합니다. 중괄호는 활동을 나타냅니다. 순수한 고체의 활동은 정의상 단일성입니다. 따라서

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

용액 내 물질 A의 활성은 농도, 활성 계수 γ의 곱으로 표현할 수 있습니다. Ko를 γ로 나누면 용해도 상수 Ks,

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

를 얻습니다. 이것은 활동 계수가 1과 같도록 표준 상태를 포화 솔루션으로 정의하는 것과 같습니다. 용해도 상수는 활성 계수가 존재할 수있는 다른 용질의 존재에 의해 영향을받지 않는 경우에만 진정한 상수입니다. 용해도 상수의 단위는 용질 농도의 단위와 같습니다. 25 ° C에서 자당 K = 1.971 mol dm-3의 경우. 이것은 25 ° C에서 자당의 용해도가 거의 2 mol dm-3 (540 g / l)임을 보여줍니다. 자당은 대부분의 다른 탄수화물처럼 더 높은 농도에서 쉽게 과포화 용액을 형성하지 않는다는 점에서 특이합니다.

해리와 함께 용해 Edit

이온 화합물은 일반적으로 구성 이온으로 분해됩니다. 물에 녹입니다. 예를 들어 염화은의 경우 :

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

이 반응에 대한 평형 상수의 식은 다음과 같습니다.

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 \}}

여기서 K ⊖ {\ displaystyle K ^ {\ ominus}}는 열역학적 평형 상수와 중괄호는 활동을 나타냅니다. 순수한 고체의 활성은 정의상 1과 같습니다.

염의 용해도가 매우 낮을 때 용액의 이온 활성 계수는 거의 1과 같습니다. 그것들을 실제로 1과 같게 설정함으로써이 식은 용해도 곱 식으로 감소합니다 :

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

CaSO4 및 FePO4와 같은 2 : 2 및 3 : 3 염의 경우 일반 표현식 용해도 곱은 1 : 1 전해질과 동일합니다.

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}}} (전기 요금은 표기의 단순함을 위해 일반 표현에서는 생략)

Ca (OH) 2와 같은 비대칭 염의 용해도 표현은 다음과 같이 주어진다.

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

일반적으로 화학적 평형

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

및 용해도 간의 관계를 보여주는 다음 표 화합물과 용해도 곱의 값을 도출 할 수 있습니다.

용해도 곱은 종종 로그 형식으로 표현됩니다. 따라서 황산 칼슘의 경우 Ksp = 4.93 × 10−5, log Ksp = -4.32입니다. 값이 작거나 로그 값이 음수이면 용해도가 낮아집니다.

일부 염은 용액에서 완전히 해리되지 않습니다. 예로는 Manfred Eigen이 바닷물에 내부 구체 복합체와 바깥 구체 복합체로 존재하는 것으로 유명하게 발견 된 MgSO4가 있습니다. 이러한 염의 용해도는 반응 용해에 설명 된 방법으로 계산됩니다.

HydroxidesEdit

금속 이온의 수산화물 Mn +에 대한 용해도 곱은 일반적으로 다음과 같이 정의됩니다.

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

그러나 범용 컴퓨터 프로그램은 대체 정의와 함께 수소 이온 농도를 사용하도록 설계되었습니다.

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

수산화물의 경우 용해도 생성물은 수산화물 이온 농도 대신 수소 이온 농도를 사용하여 변형 된 형태 인 K * sp로 제공되는 경우가 많습니다. 두 값은 물에 대한 자기 이온화 상수 Kw와 관련이 있습니다.

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}}

예를 들어 주변 온도에서 수산화칼슘의 경우 Ca (OH) 2, lg Ksp는 ca입니다. −5 및 lg K * sp ≈ −5 + 2 × 14 ≈ 23.

반응을 통한 용해 편집

용출과 관련된 일반적인 반응은 다음과 같습니다. 약염기 B, 산성 수용액에 용해.

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

이 반응은 의약품에 매우 중요합니다. 알칼리성 매체에서 약산의 용해도 마찬가지로 중요합니다.

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

비하 전 분자는 일반적으로 이온 형태보다 용해도가 낮으며 용해도는 pH와 용질의 산 해리 상수에 따라 달라집니다. “고유 용해도”라는 용어는 산이나 알칼리가없는 상태에서 이온화되지 않은 형태의 용해도를 설명하는 데 사용됩니다.

산성비에 의한 암석과 토양에서 알루미늄 염의 용해는 다음과 같은 용해의 또 다른 예입니다. 반응 : 알루미 노-실리케이트는 산과 반응하여 Al3 + (aq)와 같은 용해성 종을 형성하는 염기입니다.

화학 복합체의 형성도 용해도를 변경할 수 있습니다. 잘 알려진 예는 염화은의 현탁액에 암모니아 농축 용액을 첨가하는 것입니다. 여기서 용해는 암민 복합체의 형성에 의해 선호됩니다.

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

염화은 현탁액에 충분한 암모니아를 첨가하면 고체가 용해됩니다. 비누 찌꺼기의 형성을 억제하기 위해 세제에 연수 제를 첨가하는 것은 실질적으로 중요한 예입니다.