W chemii niektóre jonowe ciała stałe mają niską rozpuszczalność w wodzie. Część substancji rozpuszcza się i pozostaje grudka stałego materiału. Aby dokładnie obliczyć, ile się rozpuszcza, użyj Ksp, stała iloczynu rozpuszczalności, wraz z wyrażeniem pochodzącym z reakcji równowagi rozpuszczalności substancji.
Sformułuj reakcję rozpuszczalności
Napisz zrównoważone równanie reakcji rozpuszczalności dla substancji, którą jesteś zainteresowany. Jest to równanie, które opisuje, co się dzieje, gdy części stałe i rozpuszczone osiągną równowagę. Weźmy na przykład fluorek ołowiu, PbF2, rozpuszcza się na jony ołowiu i fluoru w reakcji odwracalnej:
\text{PbF}_2 ⇌ \text{Pb}^{2+} + 2\text{F}^-
Zauważ, że dodatnie i ujemne ładunki muszą się równoważyć po obu stronach. Należy również zauważyć, że chociaż ołów ma jonizację +2, fluor ma -1. Aby zrównoważyć ładunki i uwzględnić liczbę atomów każdego pierwiastka, należy pomnożyć fluorek po prawej stronie przez współczynnik 2.
Formuła Ksp Równanie
Sprawdź stałą iloczynu rozpuszczalności dla interesującej Cię substancji. Książki chemii i strony internetowe zawierają tabele jonowych ciał stałych i odpowiadające im stałe iloczynów rozpuszczalności. Idąc za przykładem fluorku ołowiu, K
sp to 3,7 × 10 −8. Ta figura znajduje się po lewej stronie Ksp równanie. Po prawej stronie wyłamujesz każdy jon w nawiasach kwadratowych. Zauważ, że jon poliatomowy otrzymałby własne nawiasy, nie rozdzielaj go na pojedyncze elementy. Dla jonów o współczynnikach współczynnik staje się potęgą, jak w poniższym wyrażeniu:\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = [\text{Pb}^{2+}][\text{F}^-]^2
Zastąp i rozwiąż
Powyższe wyrażenie zrównuje stałą iloczynu rozpuszczalności Ksp z dwoma rozpuszczonymi jonami, ale nie podaje jeszcze stężenia. Aby znaleźć stężenie, podstaw X dla każdego jonu w następujący sposób:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = (X)(X)^2
Traktuje to każdy jon jako odrębny, z których oba mają molarność stężenia, a iloczyn tych molarności wynosi Ksp, stała iloczynu rozpuszczalności. Jednak drugi jon (F) jest inny. Ma współczynnik 2, co oznacza, że każdy jon fluorkowy liczy się osobno. Aby to uwzględnić po podstawieniu przez X, umieść współczynnik w nawiasie:
\text{K}_\text{sp}= 3,7 × 10^{-8} = (X)(2X)^2
Teraz rozwiąż dla X:
\begin{wyrównane} 3,7 × 10^{-8} &= (X)(4X^2) \\ 3,7 × 10^{-8} &= 4X^3 \\ X &= 0,0021 \text{ M} \end{wyrównany}
Jest to stężenie roztworu w molach na litr.
Określ rozpuszczoną ilość
Aby znaleźć ilość rozpuszczonej substancji, pomnóż przez litry wody, a następnie pomnóż przez masę molową. Na przykład, jeśli twoja substancja rozpuściła się w 500 ml wody, 0,0021 mola na litr × 0,5 litra = 0,00105 mola. W układzie okresowym średnia masa atomowa ołowiu wynosi 207,2 a fluoru 19,00. Ponieważ cząsteczka fluorku ołowiu ma 2 atomy fluoru, pomnóż jej masę przez 2, aby uzyskać 38,00. Całkowita masa molowa fluorku ołowiu wynosi wtedy 245,20 gramów na mol. Ponieważ twój roztwór zawiera 0,0021 mola rozpuszczonej substancji, 0,0021 mola × 245,20 grama na mol = 0,515 grama rozpuszczonych jonów ołowiu i fluoru.