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
+ СО32-р-р.
Константа равновесия этого процесса:
Крав. = [Ca2+] •
[СО32-]
[СаСО3кр]
[СаСО3кр] является величиной постоянной, поэтому
произведение двух констант можно обозначить как ПР.
ПР = Крав. • [СаСО3кр]
= [Ca2+]нас • [СО32-]нас = Р2
Р (моль/л) — растворимость, численно равная молярной
концентрации насыщенного раствора электролита, Р = См(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 αдис можно принять равной 1 (100%). Тогда,
используя уравнение реакции, можно записать:
начальное состояние раствора Р 0 0
А2В3 =
2А+3 + 3В2-
равновесное состояние насыщенного
раствора 0 2Р 3Р
Выражение для
произведения растворимости имеет вид: ПР =
[Аа+]2 • [Вв-]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.
