In chimica, alcuni solidi ionici hanno una bassa solubilità in acqua. Parte della sostanza si dissolve e rimane un pezzo di materiale solido. Per calcolare esattamente quanto si dissolve, usi Ksp, la costante del prodotto di solubilità, insieme a un'espressione derivata dalla reazione di equilibrio di solubilità per la sostanza.
Formulare la reazione di solubilità
Scrivi l'equazione della reazione di solubilità bilanciata per la sostanza che ti interessa. Questa è l'equazione che descrive cosa succede quando le parti solide e disciolte raggiungono l'equilibrio. Per fare un esempio, fluoruro di piombo, PbF2, si dissolve in ioni piombo e fluoruro in una reazione reversibile:
\text{PbF}_2 ⇌ \text{Pb}^{2+} + 2\text{F}^-
Nota che le cariche positive e negative devono bilanciarsi su entrambi i lati. Si noti inoltre, sebbene il piombo abbia una ionizzazione +2, il fluoruro ha -1. Per bilanciare le cariche e tenere conto del numero di atomi per ogni elemento, moltiplichi il fluoruro sul lato destro per il coefficiente 2.
formulare ksp Equazione
Cerca la costante del prodotto di solubilità per la sostanza che ti interessa. I libri di chimica e i siti web hanno tabelle di solidi ionici e le loro corrispondenti costanti del prodotto di solubilità. Per seguire l'esempio del fluoruro di piombo, il Ksp è 3,7 × 10 −8. Questa cifra va sul lato sinistro del Ksp equazione. Sul lato destro, suddividi ogni ione tra parentesi quadre. Nota che uno ione poliatomico otterrebbe le sue parentesi, non lo separi in singoli elementi. Per gli ioni con coefficienti, il coefficiente diventa una potenza, come nella seguente espressione:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = [\text{Pb}^{2+}][\text{F}^-]^2
Sostituisci e risolvi
L'espressione sopra identifica la costante del prodotto di solubilità Ksp con i due ioni disciolti ma non fornisce ancora la concentrazione. Per trovare la concentrazione, sostituire X per ogni ione, come segue:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = (X)(X)^2
Questo tratta ogni ione come distinto, entrambi i quali hanno una molarità di concentrazione e il prodotto di tali molarità è uguale a Ksp, la costante del prodotto di solubilità. Tuttavia, il secondo ione (F) è diverso. Ha un coefficiente di 2, il che significa che ogni ione fluoruro conta separatamente. Per tenerne conto dopo la sostituzione con X, metti il coefficiente tra parentesi:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = (X)(2X)^2
Ora risolvi per X:
\begin{allineato} 3,7 × 10^{-8} &= (X)(4X^2) \\ 3,7 × 10^{-8} &= 4X^3 \\ X &= .0021 \text{ M} \end{allineato}
Questa è la concentrazione della soluzione in moli per litro.
Determinare l'importo disciolto
Per trovare la quantità della sostanza disciolta, moltiplicare per litri d'acqua, quindi moltiplicare per la massa molare. Ad esempio, se la tua sostanza si è sciolta in 500 ml di acqua, 0,0021 moli per litro × 0,5 litri = 0,00105 moli. Dalla tavola periodica, la massa atomica media del piombo è 207,2 e il fluoro è 19,00. Poiché la molecola di fluoruro di piombo ha 2 atomi di fluoro, moltiplica la sua massa per 2 per ottenere 38,00. La massa molare totale del fluoruro di piombo è quindi di 245,20 grammi per mole. Poiché la tua soluzione ha 0,0021 moli di sostanza disciolta, 0,0021 moli × 245,20 grammi per mole = 0,515 grammi di ioni piombo e fluoruro disciolti.