Загрузить PDF
Загрузить PDF
Понятие растворимости используется в химии для описания свойств твердого вещества, которое смешивается с жидкостью и растворяется в ней. Полностью растворимы лишь ионные (заряженные) соединения. Для практических нужд достаточно помнить несколько правил или уметь найти их, чтобы при случае воспользоваться ими и узнать, растворятся или нет те или иные ионные вещества в воде. Фактически, в любом случае растворяется некоторое количество атомов, даже если изменения не заметны, поэтому для проведения точных экспериментов иногда требуется вычислить это количество.
Шаги
-
Узнайте больше об ионных соединениях. В нормальном состоянии каждый атом имеет определенное число электронов, но иногда он может захватить дополнительный электрон или потерять свой. [1] X Источник информации В результате образуется ион , который имеет электрический заряд. Если ион с отрицательным зарядом (дополнительным электроном) встречает ион с положительным зарядом (без электрона), они связываются вместе, подобно противоположным полюсам двух магнитов. В результате образуется ионное соединение.
- Ионы с отрицательным зарядом называются анионами , а ионы с положительным зарядом — катионами .
- В нормальном состоянии количество электронов в атоме равно числу протонов, в результате чего атом электрически нейтрален.
-
Узнайте больше о растворимости. Молекулы воды (H 2 O) обладают своеобразной структурой, что делает их похожими на магнит: с одного конца они имеют положительный, а со второго — отрицательный заряд. При помещении в воду ионного соединения эти водяные «магниты» собираются вокруг его молекул и стремятся оттянуть положительные и отрицательные ионы друг от друга. Молекулы некоторых ионных соединений не очень прочны, и такие вещества растворимы в воде, так как молекулы воды оттягивают ионы друг от друга и растворяют их. В других соединениях ионы связаны крепче, и они нерастворимы , поскольку молекулы воды не в состоянии растащить ионы в стороны. [2] X Источник информации
- В молекулах некоторых соединений внутренние связи сравнимы по силе с действием молекул воды. Такие соединения называют слабо растворимыми , поскольку значительная часть их молекул диссоциирует, хотя другие остаются не растворенными.
-
Изучите правила растворимости. Поскольку взаимодействие между атомами описывается довольно сложными законами, не всегда можно сразу сказать, какие вещества растворяются, а какие нет. Найдите один из ионов соединения в приведенном ниже описании того, как обычно ведут себя различные вещества. После этого обратите внимание на второй ион и проверьте, не относится ли данное вещество к исключениям из-за необычного взаимодействия ионов.
- Предположим, вы имеете дело с хлоридом стронция (SrCl 2 ). Найдите в перечисленных ниже шагах (они выделены жирным шрифтом) ионы Sr и Cl. Cl обычно растворим; после этого загляните в приведенные ниже исключения. Ионы Sr там не упомянуты, так что соединение SrCl должно растворяться в воде.
- Ниже соответствующих правил приведены наиболее распространенные исключения. Существуют и другие исключения, однако вы вряд ли столкнетесь с ними на уроках химии или в лаборатории.
-
Соединения растворимы, если в их состав входят ионы щелочных металлов, то есть Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + . Это элементы группы IA таблицы Менделеева: литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Почти все простые соединения этих элементов растворимы.
- Исключение: соединение Li 3 PO 4 нерастворимо.
-
Соединения ионов NO 3 - , C 2 H 3 O 2 - , NO 2 - , ClO 3 - и ClO 4 - растворимы. Их называют соответственно ионами нитратов, ацетатов, нитритов, хлоратов и перхлоратов. Ион ацетата часто обозначают аббревиатурой OAс. [3] X Источник информации
- Исключения: Ag(OAc) (ацетат серебра) и Hg(OAc) 2 (ацетат ртути) нерастворимы.
- AgNO 2 - и KClO 4 - лишь слабо растворимы.
-
Соединения ионов Cl - , Br - и I - обычно растворимы. Ионы хлора, брома и йода образуют соответственно хлориды, бориды и йодиды, которые называют солями галогенов. Эти соли почти всегда растворимы.
- Исключение: если вторым ионом в паре является ион серебра Ag + , ртути Hg 2 2+ или свинца Pb 2+ , соль нерастворима. Это же верно и для менее распространенных галогенов с ионами меди Cu + и таллия Tl + .
-
Соединения иона SO 4 2- (сульфаты) обычно растворимы. Как правило, сульфаты растворяются в воде, однако существует несколько исключений.
- Исключения: нерастворимы сульфаты следующих ионов: стронция Sr 2+ , бария Ba 2+ , свинца Pb 2+ , серебра Ag + , кальция Ca 2+ , радия Ra 2+ и двухвалентного серебра Hg 2 2+ . Учтите, что сульфат серебра и сульфат кальция все же немного растворяются в воде, и иногда их считают слегка растворимыми веществами.
-
Соединения OH - и S 2- нерастворимы в воде. Это соответственно ионы гидроксида и сульфида.
- Исключения: помните о щелочных металлах (группа IA) и о том, что почти все их соединения растворимы? Так вот, ионы Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + образуют растворимые гидроксиды и сульфиды. Кроме того, растворимы соли кальция Ca 2+ , стронция Sr 2+ и бария Ba 2+ (группа IIA). Учтите, что значительная часть молекул гидроксидов этих элементов все же не растворяется, поэтому иногда их считают слабо растворимыми.
-
Соединения ионов CO 3 2- и PO 4 3- нерастворимы. Эти ионы образуют карбонаты и фосфаты, которые обычно не растворяются в воде.
- Исключения: данные ионы образуют растворимые соединения с ионами щелочных металлов: Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + , а также с аммонием NH 4 + .
Реклама
-
Найдите произведение растворимости K sp (это постоянная величина). Каждое соединение имеет свою константу K sp . Ее значения для различных веществ приведены в справочниках и на сайте (на английском языке). Значения произведения растворимости определяются экспериментально и они могут значительно отличаться друг от друга в различных источниках, поэтому лучше пользоваться таблицей для K sp в вашем учебнике химии, если такая таблица там есть. Если не указано другого, в большинстве таблиц приводится произведение растворимости при температуре 25ºC.
- К примеру, если вы растворяете иодид свинца PbI 2 , найдите для него произведение растворимости. На сайте bilbo.chm.uri.edu указано значение 7,1×10 –9 .
-
Запишите химическое уравнение. Сначала определите, на какие ионы распадется молекула вещества при растворении. Затем запишите уравнение с K sp с одной стороны и соответствующими ионами с другой.
- В нашем примере молекула PbI 2 расщепляется на ион Pb 2+ и два иона I - . При этом достаточно установить заряд лишь одного иона, так как в целом раствор будет нейтральным.
- Запишите уравнение: 7,1×10 –9 = [Pb 2+ ][I - ] 2 .
-
Преобразуйте уравнение так, чтобы решить его. Перепишите уравнение в простом алгебраическом виде. Используйте при этом то, что вам известно о количестве молекул и ионов. Подставьте вместо числа атомов растворяемого соединения неизвестную величину х и выразите количество ионов через х.
- В нашем примере необходимо переписать следующее уравнение: 7,1×10 –9 = [Pb 2+ ][I - ] 2 .
- Поскольку в соединение входит лишь один атом свинца (Pb), число растворенных молекул будет равняться количеству свободных ионов свинца. Таким образом, мы можем приравнять [Pb 2+ ] и x.
- Поскольку на каждый ион свинца приходится два иона йода (I), число атомов йода следует приравнять 2x.
- В результате получается уравнение 7,1×10 –9 = (x)(2x) 2 .
-
При необходимости учтите общие ионы. Пропустите данный шаг, если вещество растворяется в чистой воде. Однако если вы используете раствор, который уже содержит один или более интересующих вас ионов (общих ионов), растворимость может значительно снизиться. [4] X Источник информации Эффект общих ионов особенно заметен для слабо растворимых веществ, и в подобных случаях можно предполагать, что подавляющее большинство растворенных ионов уже присутствовали в растворе ранее. Перепишите уравнение и учтите в нем известные молярные концентрации (молей на литр, или M) уже растворенных ионов. Откорректируйте неизвестные величины х для этих ионов. [5] X Источник информации
- Например, если иодид свинца уже присутствует в растворе с концентрацией 0,2M, следует переписать уравнение следующим образом: 7,1×10 –9 = (0,2M+x)(2x) 2 . Поскольку величина 0,2M намного больше x, можно записать уравнение в виде 7,1×10 –9 = (0,2M)(2x) 2 .
-
Решите уравнение. Найдите величину x, чтобы узнать, насколько растворимо данное соединение. Ввиду определения произведения растворимости ответ будет выражен в молях растворенного вещества на литр воды. Для вычисления конечного результата может понадобиться калькулятор.
- Для растворения в чистой воде, то есть при отсутствии общих ионов, находим:
- 7,1×10 –9 = (x)(2x) 2
- 7,1×10 –9 = (x)(4x 2 )
- 7,1×10 –9 = 4x 3
- (7,1×10 –9 )/4 = x 3
- x = ∛((7,1×10 –9 )/4)
- x = 1,2 x 10 -3 молей на литр воды . Это очень малое количество, поэтому данное вещество практически нерастворимо.
Реклама
Что вам понадобится
- Таблица произведений растворимости (K sp ) различных соединений.
Советы
- Если имеются экспериментальные данные о растворимости соединения, можно использовать то же уравнение для того, чтобы вычислить произведение растворимости K sp для данного вещества. [6] X Источник информации
Реклама
Предупреждения
- Несмотря на отсутствие общепринятого согласия насчет терминов, химики согласны относительно большинства веществ. Разногласия могут возникнуть лишь в случае немногих соединений, для которых в различных таблицах приведены разные значения.
- В некоторых довольно старых справочниках соединение NH 4 OH отнесено к растворимым. Это неверно: хотя и можно выявить ионы NH 4 + и OH - в малых количествах, их нельзя выделить, чтобы получить соединение. [7] X Источник информации
Реклама
Источники
- ↑ http://www.nyu.edu/classes/tuckerman/adv.chem/lectures/lecture_10/node6.html
- ↑ http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch18/soluble.php
- ↑ http://www.chem.sc.edu/faculty/morgan/resources/solubility/
- ↑ http://catalog.flatworldknowledge.com/bookhub/4309?e=averill_1.0-ch17_s01#
- ↑ http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Equilibria/Solubilty/Common_Ion_Effect
- ↑ https://www.youtube.com/watch?v=ywOStvnBYTo
- ↑ http://www.chemteam.info/Equations/Solubility-Table.html
Реклама
