Произведение растворимости
Произведение растворимости и растворимость
«Нерастворимых» веществ не бывает: над осадком всегда устанавливается равновесие
Твёрдая фаза в константу не входит, поэтому \(K_s\) не зависит от количества осадка. Для соли состава \(\ce{M_mA_n}\) с растворимостью \(s\) моль/л: \([\ce{M}] = ms\), \([\ce{A}] = ns\), и \(K_s = m^mn^ns^{m+n}\).
| Тип | Пример | \(K_s\) через \(s\) |
|---|---|---|
| AB | \(\ce{AgCl}\), \(\ce{BaSO4}\) | \(s^2\) |
| \(\ce{AB2}\) | \(\ce{CaF2}\), \(\ce{Mg(OH)2}\) | \(4s^3\) |
| \(\ce{A2B}\) | \(\ce{Ag2CrO4}\), \(\ce{Ag2S}\) | \(4s^3\) |
| \(\ce{A3B2}\) | \(\ce{Ca3(PO4)2}\) | \(108s^5\) |
errorСравнение по \(K_s\) — только для одного типа
\(K_s(\ce{AgCl}) = 1{,}8\cdot10^{-10}\), \(K_s(\ce{Ag2CrO4}) = 1{,}1\cdot10^{-12}\) — хромат «менее растворим»? Нет: \(s(\ce{AgCl}) = 1{,}3\cdot10^{-5}\) М, а \(s(\ce{Ag2CrO4}) = 6{,}5\cdot10^{-5}\) М — в 5 раз больше. На этом основан метод Мора (урок 74).
scienceМалорастворимые соединения в анализе
- \(\ce{Ag+ + Cl- -> AgCl v}\) — белый творожистый осадок, темнеет на свету.
- \(\ce{Ba^2+ + SO4^2- -> BaSO4 v}\) — белый кристаллический, не растворяется в кислотах.
- \(\ce{Pb^2+ + 2I- -> PbI2 v}\) — ярко-жёлтый; из горячего раствора при остывании выпадает золотыми чешуйками («золотой дождь»).
- \(\ce{2Ag+ + CrO4^2- -> Ag2CrO4 v}\) — кирпично-красный.
Растворимость в граммах и её последствия
\(K_s\) легко перевести в привычные единицы: растворимость (моль/л) × молярная масса.
| Вещество | \(K_s\) | Растворимость |
|---|---|---|
| \(\ce{BaSO4}\) | \(1{,}1\cdot10^{-10}\) | 2,4 мг/л |
| \(\ce{CaCO3}\) | \(3{,}4\cdot10^{-9}\) | 5,8 мг/л |
| \(\ce{CaSO4}\) | \(4{,}9\cdot10^{-5}\) | 0,95 г/л |
| \(\ce{Mg(OH)2}\) | \(5{,}6\cdot10^{-12}\) | 6,5 мг/л |
auto_awesomeСмертельный рентген
Сульфат бария — рентгеноконтрастное вещество: его «кашу» пьют перед снимком желудка, и он безопасен — растворимость ничтожна, а в кислоте желудка он не растворяется. В 2003 году в Бразилии партия препарата оказалась загрязнена карбонатом бария. Карбонат растворяется в соляной кислоте желудка (\(\ce{BaCO3 + 2HCl -> BaCl2 + CO2 + H2O}\)), ионы бария ядовиты — погибли около двадцати человек.
edit_noteМагнезиальное молоко
Суспензия \(\ce{Mg(OH)2}\) — средство от изжоги. Насыщенный раствор: \(4s^3 = 5{,}6\cdot10^{-12}\), \(s = 1{,}1\cdot10^{-4}\) М, \([\ce{OH-}] = 2{,}2\cdot10^{-4}\), pH = 10,35 — достаточно щелочной, чтобы нейтрализовать кислоту, но не обжигающий.
scienceРастворимость и жёсткость воды
- \(\ce{CaSO4 + Na2CO3 -> CaCO3 v + Na2SO4}\) — умягчение воды содой.
- \(\ce{Ca(HCO3)2 ->[t] CaCO3 v + CO2 ^ + H2O}\) — накипь в чайнике.
- \(\ce{Ca^2+ + 2C17H35COO- -> Ca(C17H35COO)2 v}\) — мыло в жёсткой воде даёт хлопья вместо пены.
Одноимённый ион и солевой эффект
Одноимённый ион резко снижает растворимость. В 0,010 М растворе \(\ce{NaCl}\) концентрация хлорида задана солью, и \(s(\ce{AgCl}) = K_s/0{,}010 = 1{,}8\cdot10^{-8}\) М — в 700 раз меньше, чем в воде. Поэтому осадки промывают разбавленным раствором осадителя, а не чистой водой.
Для солей типа \(\ce{AB2}\) эффект ещё сильнее: \(s(\ce{CaF2})\) в растворе \(\ce{NaF}\) равна \(K_s/[\ce{F-}]^2\).
Солевой эффект. Посторонние ионы (например, \(\ce{KNO3}\)) немного повышают растворимость: растёт ионная сила, коэффициенты активности падают, и чтобы произведение активностей оставалось равным \(K_s\), концентрации должны вырасти. Эффект — десятки процентов, не порядки.
errorИзбыток осадителя может растворить осадок
Большой избыток хлорида растворяет хлорид серебра: \(\ce{AgCl + Cl- -> [AgCl2]-}\). Избыток иодида растворяет иодид ртути: \(\ce{HgI2 + 2I- -> [HgI4]^2-}\) (реактив Несслера). Поэтому осадитель берут в умеренном избытке — примерно в полтора раза.
boltСколько брать осадителя
Для практически полного осаждения остаточная концентрация иона должна стать меньше \(10^{-6}\) моль/л. Нужная концентрация осадителя: \(c = K_s/10^{-6}\) (для AB). Для \(\ce{BaSO4}\) — \(1{,}1\cdot10^{-4}\) М сульфата — это совсем немного.
push_pinГлавное
Для \(\ce{M_mA_n (тв) <=> mM + nA}\) \(K_s = [\ce{M}]^m[\ce{A}]^n\). Связь с растворимостью \(s\): AB — \(K_s = s^2\); \(\ce{AB2}\) и \(\ce{A2B}\) — \(4s^3\); \(\ce{A3B2}\) — \(108s^5\). Сравнивать растворимость по \(K_s\) можно только для солей одного типа: у \(\ce{Ag2CrO4}\) \(K_s\) меньше, чем у \(\ce{AgCl}\), но растворимость больше. Одноимённый ион резко снижает растворимость; посторонние ионы немного её повышают (солевой эффект).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.