Reakcje w roztworach wodnych
Iloczyn rozpuszczalności Ks
Roztwory, stężenia i rozpuszczalność
Stężenie molowe c=n/V opisuje liczbę moli substancji w objętości roztworu. Stężenie procentowe masowe to udział masy substancji w masie roztworu pomnożony przez 100%.
Podczas rozcieńczania liczba moli substancji rozpuszczonej pozostaje stała, jeśli nic nie reaguje ani nie jest usuwane, dlatego c₁V₁=c₂V₂.
Rozpuszczalność jest maksymalną ilością substancji rozpuszczającej się w określonej ilości rozpuszczalnika i temperaturze. Roztwór przesycony może krystalizować po dodaniu zarodka lub zmianie warunków.
c=n/V; Cp=m_s/m_roztw·100%; c₁V₁=c₂V₂
- Objętości nie zawsze są addytywne po zmieszaniu.
- Masa roztworu = masa substancji + masa rozpuszczalnika.
- Dla większości ciał stałych rozpuszczalność rośnie z temperaturą, ale nie jest to reguła absolutna.
- Rozpuszczalność gazów zwykle maleje z temperaturą i rośnie z ciśnieniem.
Schemat: Roztwory, stężenia i rozpuszczalność
Zależność między zmiennymi i jej interpretacja.
Podstawa programowa: VI.3
Równowagi rozpuszczalności i reakcje strącania
Dla trudno rozpuszczalnej soli iloczyn rozpuszczalności Ksp jest iloczynem stężeń jonów podniesionych do potęg stechiometrycznych. Czyste ciało stałe nie występuje w wyrażeniu.
Porównanie iloczynu jonowego Qsp z Ksp przewiduje strącanie: Qsp>Ksp — osad powstaje, Qsp<Ksp — roztwór jest nienasycony.
Wspólny jon przesuwa równowagę rozpuszczania w stronę ciała stałego. Zmiana pH może zwiększać rozpuszczalność soli, gdy jeden z jonów reaguje z H₃O⁺ lub OH⁻.
Ksp=[M^m+]^a[A^n−]^b
- Dla AB: Ksp=s²; dla AB₂: Ksp=4s³, jeśli brak innych źródeł jonów.
- Równanie jonowe skrócone zawiera tylko cząstki faktycznie reagujące.
- Iony obserwatorowe skraca się po obu stronach.
- Strącanie może być selektywne przy różnych wartościach Ksp.
Schemat: Równowagi rozpuszczalności i reakcje strącania
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: VI.3
Najczęstsze błędy
„10% roztwór oznacza 10 g substancji w 100 g wody”
Poprawnie: Oznacza 10 g substancji w 100 g roztworu, czyli zwykle 90 g wody.
„Przy rozcieńczaniu liczba moli maleje”
Poprawnie: Maleje stężenie, lecz liczba moli substancji pozostaje, jeśli nie zachodzi reakcja ani strata.
„Mniejszy Ksp zawsze oznacza mniejszą rozpuszczalność molową bez porównania stechiometrii”
Poprawnie: Rozpuszczalność zależy także od liczby jonów i potęg w wyrażeniu Ksp.
„Każde zmieszanie dwóch soli daje osad”
Poprawnie: Osad powstaje tylko, gdy iloczyn jonowy przekracza Ksp odpowiedniej fazy.
Zadania z odpowiedziami
1. Rozcieńczanie
Ile wody dodać do 100 cm³ roztworu 2,0 mol/dm³, aby otrzymać 0,50 mol/dm³?
- 1.Użyj c₁V₁=c₂V₂.
- 2.Oblicz V₂=400 cm³.
- 3.Odejmij objętość początkową.
Odpowiedź
Należy otrzymać 400 cm³ roztworu, więc dodać w przybliżeniu 300 cm³ wody.
2. Rozpuszczalność AgCl
Dla Ksp(AgCl)=1,8×10⁻¹⁰ oblicz molową rozpuszczalność w wodzie.
- 1.Zapisz AgCl⇌Ag⁺+Cl⁻.
- 2.Przyjmij [Ag⁺]=[Cl⁻]=s.
- 3.Ksp=s² i oblicz pierwiastek.
Odpowiedź
s=√(1,8×10⁻¹⁰)≈1,34×10⁻⁵ mol/dm³.
Podsumowanie
- Objętości nie zawsze są addytywne po zmieszaniu.
- Masa roztworu = masa substancji + masa rozpuszczalnika.
- Stężenie molowe c=n/V opisuje liczbę moli substancji w objętości roztworu. Stężenie procentowe masowe to udział masy substancji w masie roztworu pomnożony przez 100%.
- Dla AB: Ksp=s²; dla AB₂: Ksp=4s³, jeśli brak innych źródeł jonów.
- Równanie jonowe skrócone zawiera tylko cząstki faktycznie reagujące.
- Dla trudno rozpuszczalnej soli iloczyn rozpuszczalności Ksp jest iloczynem stężeń jonów podniesionych do potęg stechiometrycznych. Czyste ciało stałe nie występuje w wyrażeniu.
Słownik pojęć
- Roztwór nasycony
- Roztwór w równowadze z nierozpuszczoną substancją w danych warunkach.
- Stężenie molowe
- Liczba moli substancji w 1 dm³ roztworu.
- Krystalizacja
- Wydzielanie uporządkowanej fazy stałej z roztworu lub stopu.
- Iloczyn rozpuszczalności
- Stała równowagi rozpuszczania trudno rozpuszczalnej soli.
- Iloczyn jonowy
- Aktualny iloczyn stężeń jonów porównywany z Ksp.
- Jon wspólny
- Jon obecny zarówno z soli trudno rozpuszczalnej, jak i innego elektrolitu.