In de chemie hebben sommige ionische vaste stoffen een lage oplosbaarheid in water. Een deel van de stof lost op en er blijft een klomp vast materiaal over. Om precies te berekenen hoeveel er oplost, gebruik je Ksp, de oplosbaarheidsproductconstante, samen met een uitdrukking die is afgeleid van de oplosbaarheidsevenwichtsreactie voor de stof.
Oplosbaarheidsreactie formuleren
Schrijf de uitgebalanceerde oplosbaarheidsreactievergelijking voor de stof waarin u geïnteresseerd bent. Dit is de vergelijking die beschrijft wat er gebeurt als de vaste en opgeloste delen een evenwicht bereiken. Om een voorbeeld te nemen, loodfluoride, PbF2, lost op in lood- en fluoride-ionen in een omkeerbare reactie:
\text{PbF}_2 ⇌ \text{Pb}^{2+} + 2\text{F}^-
Merk op dat de positieve en negatieve ladingen aan beide kanten in evenwicht moeten zijn. Merk ook op dat, hoewel lood een +2 ionisatie heeft, fluoride -1 heeft. Om de ladingen in evenwicht te brengen en rekening te houden met het aantal atomen voor elk element, vermenigvuldig je de fluoride aan de rechterkant met de coëfficiënt 2.
Formuleer Ksp Vergelijking
Zoek de oplosbaarheidsproductconstante op voor de stof waarin u geïnteresseerd bent. Chemieboeken en websites hebben tabellen met ionische vaste stoffen en de bijbehorende oplosbaarheidsproductconstanten. Om het voorbeeld van loodfluoride te volgen, de Ksp is 3,7 × 10 −8. Dit cijfer gaat aan de linkerkant van de Ksp vergelijking. Aan de rechterkant breek je elk ion tussen vierkante haken. Merk op dat een polyatomisch ion zijn eigen haakjes zou krijgen, je scheidt het niet in afzonderlijke elementen. Voor de ionen met coëfficiënten wordt de coëfficiënt een macht, zoals in de volgende uitdrukking:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = [\text{Pb}^{2+}][\text{F}^-]^2
Vervangen en oplossen
De bovenstaande uitdrukking stelt de oplosbaarheidsproductconstante Ksp gelijk aan de twee opgeloste ionen, maar geeft nog niet de concentratie. Om de concentratie te vinden, vervangt u X voor elk ion, als volgt:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = (X)(X)^2
Dit behandelt elk ion als verschillend, die beide een concentratiemolariteit hebben, en het product van die molariteiten is gelijk aan Ksp, de oplosbaarheidsproductconstante. Het tweede ion (F) is echter anders. Het heeft een coëfficiënt van 2, wat betekent dat elk fluoride-ion afzonderlijk telt. Om dit te verklaren na de vervanging door X, plaatst u de coëfficiënt tussen haakjes:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = (X)(2X)^2
Los nu op voor X:
\begin{uitgelijnd} 3,7 × 10^{-8} &= (X)(4X^2) \\ 3,7 × 10^{-8} &= 4X^3 \\ X &= .0021 \text{ M} \end{uitgelijnd}
Dit is de oplossingsconcentratie in mol per liter.
Bepaal het opgeloste bedrag
Om de hoeveelheid opgeloste stof te vinden, vermenigvuldigt u zich met liters water en vermenigvuldigt u vervolgens met de molaire massa. Als uw stof bijvoorbeeld is opgelost in 500 ml water, is 0,0021 mol per liter × 0,5 liter = 0,00105 mol. Uit het periodiek systeem is de gemiddelde atomaire massa van lood 207,2 en fluor 19,00. Aangezien het loodfluoridemolecuul 2 fluoratomen heeft, vermenigvuldigt u de massa met 2 om 38,00 te krijgen. De totale molmassa van loodfluoride is dan 245,20 gram per mol. Aangezien uw oplossing 0,0021 mol opgeloste stof bevat, is 0,0021 mol × 245,20 gram per mol = 0,515 gram opgeloste lood- en fluoride-ionen.