Произведение растворимости

4.8
Растворимость. Произведение растворимости

Растворение труднорастворимого электролита (ТРЭ) в заданном количестве растворителя происходит до состояния насыщения. В насыщенном растворе электролит находится в динамическом равновесии с твердой фазой. Растворимость электролита определяет концентрацию ионов в насыщенном растворе электролита, а значит его электропроводность. Чем меньше растворимость ТРЭ, тем он слабее.

При растворении электролита, например, соли, в раствор переходят не молекулы, а ионы. В этом случае в насыщенном растворе равновесие устанавливается между ионами соли в кристаллической фазе и ионами, перешедшими в раствор: СаСО₃
_кр ↔ Ca²⁺_р-р
+ СО₃^2-_р-р.

Константа равновесия этого процесса:

К_рав. = [Ca²⁺] •
[СО₃^2-]

[СаСО_3кр]

[СаСО_3кр] является величиной постоянной, поэтому произведение двух констант можно обозначить как ПР.

ПР = К_рав. • [СаСО_3кр]
= [Ca²⁺]_нас • [СО₃^2-]_нас = Р²

Р (моль/л) — растворимость, численно равная молярной концентрации насыщенного раствора электролита, Р = С_м(нас); ПР
— произведение растворимости труднорастворимого электролита (ТРЭ). ПР рассчитывается как произведение молярных концентраций ионов (ПК) ТРЭ в насыщенном растворе в степенях равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении диссоциации. ПР является величиной постоянной при данной температуре. Значения
ПР для всех известных ТРЭ помещены в справочник.

Рассмотрим насыщенный раствор ТРЭ типа А₂В₃ Обозначим концентрацию насыщенного раствора электролита через Р (моль/л). Поскольку вещество малорастворимое, то степень диссоциации α_дис можно принять равной 1 (100%). Тогда, используя уравнение реакции, можно записать:

начальное состояние раствора Р 0 0

А₂В₃ =
2А⁺³ + 3В^2-

равновесное состояние насыщенного раствора 0 2Р 3Р

Выражение для произведения растворимости имеет вид: ПР =
[А^а+]² • [В^в-]³ = [2Р]² • [3Р]³ = 108 Р⁵.

Значения ПР используются в общей химии, аналитической химии, гидрохимии, химии океана, экологии и др., т. к. позволяют количественно оценить:

условия образования и растворения осадков;
рассчитать растворимость труднорастворимого электролита;
рассчитать молярную концентрацию ионов электролита в насыщенном растворе.

Условием образования осадка является превышение произведения концентраций ионов (ПК)
малорастворимого электролита над его произведением растворимости, т.е. ПК > ПР.

При увеличении концентрации одного из ионов ТРЭ в его насыщенном растворе (например, путем введения хорошо растворимого электролита, содержащего тот же ион) произведение концентраций ионов электролита (ПК) становится больше ПР. При этом равновесие между твердой фазой и раствором смещается в сторону образования осадка.
Например, если в насыщенный раствор AgCI добавить сильный электролит KCI, то появление в растворе одноименного иона (CI^—)
приводит к смещению равновесия в сторону образования осадка (←). Когда установится новое равновесие, то произведение концентраций (ПК) ионов электролита вновь становится равным ПР, но при этом в растворе появится осадок.
В состоянии нового равновесия концентрация ионов Ag⁺ будет меньше, а концентрация ионов CI^— больш е, чем было до добавления KCI.

AgCI↓   <=>
Ag⁺ + CI^— + КCI <=>   K⁺ + CI^—.

По принципу Ле Шаталье, если
[CI^—] ↑, то смещение равновесие произойдет в сторону образования осадка <—-.

Напротив, если в насыщенном растворе электролита уменьшить концентрацию одного из ионов (например, связав его каким-либо другим ионом), произведение концентраций ионов будет меньше значения ПР, раствор станет ненасыщенным, и равновесие между раствором и осадком сместится в сторону растворения осадка (→).

.
Сu(OH)₂↓   <=>
Cu⁺² + 2OH^— +      HCI <=> H⁺ + CI^—

При добавлении HCI происходит реакция
H⁺ + OH^—   <=>   H₂O
, при этом [OH^—] ↓, смещение равновесия происходит в сторону продуктов диссоциации основания
——-à
.

Условием растворения осадка малорастворимого электролита является недонасыщение раствора, когда произведение концентраций его ионов меньше значения ПР, т.е. ПК < ПР.

Похожие статьи