化学では、一部のイオン性固体は水への溶解度が低くなります。 一部の物質は溶解し、固形物の塊が残ります。 溶解量を正確に計算するには、Kを使用しますsp、溶解度積定数、および物質の溶解平衡反応から導出された式。
溶解度反応を定式化する
関心のある物質のバランスの取れた溶解度反応式を記述します。 これは、固体部分と溶解部分が平衡に達したときに何が起こるかを説明する方程式です。 例を挙げると、フッ化鉛、PbF2、可逆反応で鉛イオンとフッ化物イオンに溶解します。
\ text {PbF}_2⇌\ text {Pb} ^ {2+} + 2 \ text {F} ^-
正電荷と負電荷は両側でバランスを取る必要があることに注意してください。 また、鉛のイオン化は+2ですが、フッ化物のイオン化は-1であることに注意してください。 電荷のバランスを取り、各元素の原子数を計算するには、右側のフッ化物に係数2を掛けます。
Kを定式化するsp 方程式
関心のある物質の溶解度積定数を調べます。 化学の本やウェブサイトには、イオン性固体とそれに対応する溶解度積定数の表があります。 フッ化鉛の例に従うために、Ksp は3.7×10です −8. この図はKの左側にありますsp 方程式。 右側では、各イオンを角かっこで囲んで示しています。 多原子イオンは独自のブラケットを取得することに注意してください。個々の要素に分離することはありません。 係数を持つイオンの場合、次の式のように、係数は累乗になります。
\ text {K} _ \ text {sp} = 3.7×10 ^ {-8} = [\ text {Pb} ^ {2 +}] [\ text {F} ^-] ^ 2
代用して解決する
上記の式は、溶解度積定数Kspを2つの溶解イオンと等しくしますが、まだ濃度を提供していません。 濃度を見つけるには、次のように各イオンをXに置き換えます。
\ text {K} _ \ text {sp} = 3.7×10 ^ {-8} =（X）（X）^ 2
これにより、各イオンが別個のものとして扱われ、どちらも濃度モル濃度を持ち、これらのモル濃度の積はKに等しくなります。sp、溶解度積定数。 ただし、2番目のイオン（F）は異なります。 係数は2です。これは、各フッ化物イオンが別々にカウントされることを意味します。 Xで置換した後のこれを説明するには、係数を括弧内に入れます。
\ text {K} _ \ text {sp} = 3.7×10 ^ {-8} =（X）（2X）^ 2
Xを解きます。
\ begin {aligned} 3.7×10 ^ {-8}＆=（X）（4X ^ 2）\\ 3.7×10 ^ {-8}＆= 4X ^ 3 \\ X＆= .0021 \ text {M} \ end {aligned}
これは、1リットルあたりのモル数で表した溶液濃度です。
溶解量を決定する
溶解した物質の量を求めるには、水のリットルを掛けてから、モル質量を掛けます。 たとえば、物質が500 mLの水に溶解した場合、1リットルあたり0.0021モル×0.5リットル= 0.00105モルです。 周期表から、鉛の平均原子量は207.2、フッ素は19.00です。 フッ化鉛分子には2つのフッ素原子があるため、その質量に2を掛けると38.00になります。 その場合、フッ化鉛の総モル質量は1モルあたり245.20グラムになります。 溶液には0.0021モルの溶存物質が含まれているため、0.0021モル×245.20グラム/モル= 0.515グラムの溶存鉛およびフッ化物イオン。