Löslighetsvikt

Enkel upplösning Redigera

Upplösning av ett organiskt fast ämne kan beskrivas som en jämvikt mellan substansen i dess fasta och upplösta form. Till exempel när sackaros (bordssocker) bildar en mättad lösning

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)}

Ett jämviktsuttryck för denna reaktion kan skrivas, som för alla kemiska reaktioner (produkter över reaktanter):

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)} \ höger \}} {\ vänster \ {\ mathrm {{C} _ {12} {H} _ { 22} {O} _ {11} (s)} \ höger \}}}}

där Ko kallas den termodynamiska löslighetskonstanten. Hängslen indikerar aktivitet. Aktiviteten hos ett rent fast ämne är per definition enhet. Därför

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

Aktiviteten hos ett ämne, A, i lösning kan uttryckas som produkten av koncentrationen, och en aktivitetskoefficient, γ. När Ko divideras med γ erhålls löslighetskonstanten, Ks,

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

. Detta motsvarar att definiera standardtillståndet som den mättade lösningen så att aktivitetskoefficienten är lika med en. Löslighetskonstanten är en sann konstant endast om aktivitetskoefficienten inte påverkas av närvaron av andra lösta ämnen som kan vara närvarande. Enheten för löslighetskonstanten är densamma som koncentrationen av lösningen. För sackaros K = 1,971 mol dm − 3 vid 25 ° C. Detta visar att lösligheten för sackaros vid 25 ° C är nästan 2 mol dm − 3 (540 g / l). Sackaros är ovanligt genom att det inte lätt bildar en övermättad lösning i högre koncentrationer, liksom de flesta andra kolhydrater.

Upplösning med dissociationEdit

Jonföreningar dissocieras normalt i deras beståndsdelar när de lös upp i vatten. Till exempel för silverklorid:

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

Uttrycket för jämviktskonstanten för denna reaktion är:

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

där K ⊖ {\ displaystyle K ^ {\ ominus}} är den termodynamiska jämviktskonstanten och hängslen indikerar aktivitet. Aktiviteten hos ett rent fast ämne är per definition lika med en.

När saltets löslighet är mycket låg är aktivitetskoefficienterna för jonerna i lösning nästan lika med en. Genom att ställa in dem så att de faktiskt är lika med ett minskar detta uttryck till löslighetsproduktuttrycket:

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

För 2: 2 och 3: 3 salter, såsom CaSO4 och FePO4, det allmänna uttrycket för löslighetsprodukten är samma som för en 1: 1-elektrolyt

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}}} (elektriska laddningar är utelämnas i allmänna uttryck, för enkelhets skull)

Med ett osymmetriskt salt som Ca (OH) 2 ges löslighetsuttrycket av

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}} }

I allmänhet, med den kemiska jämvikten

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}}}}

och följande tabell som visar förhållandet mellan lösligheten av en förening och värdet på dess löslighetsprodukt, kan härledas.

Löslighetsprodukter uttrycks ofta i logaritmisk form. Således, för kalciumsulfat, Ksp = 4,93 × 10−5, logga Ksp = −4,32. Ju mindre värde, eller ju mer negativt loggvärdet, desto lägre löslighet.

Vissa salter är inte helt dissocierade i lösningen. Exempel inkluderar MgSO4, som berömt upptäcktes av Manfred Eigen att vara närvarande i havsvatten som både ett inre sfärkomplex och ett yttre sfärkomplex. Lösligheten för sådana salter beräknas med metoden som beskrivs i upplösning med reaktion.

HydroxidesEdit

Löslighetsprodukten för hydroxiden av en metalljon, Mn +, definieras vanligtvis enligt följande:

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}}}

Datorprogram för allmänna ändamål är dock utformade för att använda vätejonkoncentrationer med de alternativa definitionerna.

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}}}

För hydroxider ges löslighetsprodukter ofta i en modifierad form, K * sp, med användning av vätejonkoncentration istället för hydroxidjonkoncentration. De två värdena är relaterade av självjoniseringskonstanten för vatten, Kw.

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}}

Till exempel, vid rumstemperatur, för kalciumhydroxid, Ca (OH) 2, är lg Ksp ca. −5 och lg K * sp ≈ −5 + 2 × 14 ≈ 23.

Upplösning med reaktionEdit

En typisk reaktion med upplösning involverar en svag bas, B, upplöst i en sur vattenlösning.

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

Denna reaktion är mycket viktig för läkemedelsprodukter. Upplösning av svaga syror i alkaliska medier är lika viktigt.

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

Den oladdade molekylen har vanligtvis lägre löslighet än den joniska formen, så lösligheten beror på lösningens pH och syradissociationskonstant. Uttrycket ”inneboende löslighet” används för att beskriva lösligheten för den icke-joniserade formen i frånvaro av syra eller alkali.

Läckage av aluminiumsalter från berg och jord genom surt regn är ett annat exempel på upplösning med reaktion: aluminosilikater är baser som reagerar med syran för att bilda lösliga ämnen, såsom Al3 + (aq).

Bildandet av ett kemiskt komplex kan också förändra lösligheten. Ett välkänt exempel är tillsatsen av en koncentrerad ammoniaklösning till en suspension av silverklorid, i vilken upplösning gynnas genom bildandet av ett aminkomplex.

A g C1 (s) + 2 NH3 (aq) ⇋ + (aq) + C l – (aq) {\ displaystyle \ mathrm {AgCl (s) + 2NH_ {3} (aq) \ leftrightharpoons ^ {+} (aq) + Cl ^ {-} (aq )}}

När tillräcklig ammoniak tillsätts till en suspension av silverklorid löses det fasta ämnet. Tillsatsen av vattenavhärdare till tvättpulver för att hämma bildandet av tvålskum ger ett exempel på praktisk betydelse.