Растворимость

При проведении анализа химика-аналитика чаще интересует не само произведение растворимости, а то, сколько вещества при данных условиях растворилось в определенном объеме растворителя. Таким образом, растворимостью (в количественном смысле) называют общую концентрацию вещества в его насыщенном растворе.

Рассмотрим вначале случай, когда электролит присутствует в насыщенном растворе только в виде ионов, образовавшихся при его диссоциации. Обозначим молярную концентрацию электролита в его насыщенном растворе через S (моль/л), тогда [А] = mS, [В] = nS. Поэтому уравнение (11.4) будет выглядеть следующим образом:

откуда

В случае бинарного электролита уравнение (11.8) имеет такой вид:

Выражения типа (11.8) или (11.9) можно использовать и в тех случаях, когда ионы, образовавшиеся при растворении электролита, участвуют в различных побочных реакциях. При этом вместо реального используют условное произведение растворимости, которое предварительно рассчитывают по формуле (11.7).

Пример 11.2. Рассчитайте растворимость (моль/л) Ва(Ю3)2 в воде при 25 °С.

Решение

Иодат бария относится к малорастворимым сильным электролитам. Можно считать, что он переходит в раствор только в виде ионов.

Для Ва(Ю3)2 т = 1, п = 2, следовательно, растворимость данной соли в воде такова:

Ионная сила насыщенного раствора Ва(Ю3)2 будет очень малой, поэтому использование для расчетов термодинамического произведения растворимости вполне допустимо. _

Равновесие в системе «осадок — насыщенный раствор» для слабого электролита

Рис. 11.2. Равновесие в системе «осадок — насыщенный раствор» для слабого электролита

Уравнение (11.8) характеризует ионную растворимость вещества. Однако не все электролиты переходят в раствор исключительно в виде ионов: многие из них могут находиться в растворе и в виде молекул (рис. 11.2). Концентрация молекул вещества в его насыщенном растворе называется молекулярной растворимостью (S0). Общая растворимость вещества равна сумме ионной и молекулярной растворимостей:

Рассмотрим случай, когда вещество может находиться в растворе в виде незаряженного комплекса (либо ионной пары). Константа образования этого комплекса описывается таким уравнением:

откуда

Решение о том, можно ли пренебречь молекулярной растворимостью, принимается с учетом устойчивости комплекса и величины произведения растворимости. В табл. 11.2 приведены значения ионной и молекулярной растворимостей для некоторых бинарных электролитов. Присутствием молекул растворенного вещества в насыщенных растворах таких соединений, как BaS04 или AgCl, вполне можно пренебречь, а вот в случае СиС03 этого делать нельзя.

Таблица 11.2

Ионная и молекулярная растворимость некоторых соединений

Вещество

Ks

P

s0=P Ks

s0/s ? 102

BaS04

1,1 КГ10

2,3 102

1,05 10-5

2,510“8

0,2

AgCl

1,8 • КГ10

1,1 103

1,3310"5

2,0 10“7

1,4

AgBr

5,3 КГ13

2,4 104

7,2810“7

1,3 10“8

1,7

Agl

8,3 • КГ17

3,8 106

9,1110 9

3,2 1010

3,3

PbS04

1,6 10“8

4,2 102

1,2610“4

6,710“6

5,0

AgSCN

1,1 КГ12

5,6 104

1,05 10“6

6,2 10“8

5,5

CaC03

3,8 • КГ9

1,6 103

6Д610-5

6,0 10“6

8,9

CuC03

2,5 1<Г10

5,9 106

1,5810~5

1,5 10“3

98,9

Примечание. Для СаСОз и СиС03 не учитывалось протолитическое взаимодействие СО|_ с водой.

При оценке растворимости вещества по его произведению растворимости следует быть особенно осторожным в случае карбонатов, сульфидов, цианидов и т.п., а также малорастворимых комплексных соединений ионов металлов с органическими лигандами. Например, произведение растворимости HgS равно 1,6 1СГ52, растворимость же этого соединения в воде почти на 20 порядков превышает его ионную растворимость и составляет 5,6 • 10-6 моль/л. Таким образом, HgS вовсе не является настолько малорастворимым соединением, как этого можно было бы ожидать, исходя из величины Ks.

Следует учитывать молекулярную растворимость и в случае слабых кислот и оснований. Формулу для расчета молекулярной растворимости слабых кислот можно получить из выражения константы кислотности. Если обозначить кислоту как НА, то в упрощенном виде выражение для ее константы кислотности будет выглядеть следующим образом:

Например, для бензойной кислоты Ks = 1,4 • 1СГ6, Ка = 6,3 • 10 5. Поэтому, согласно уравнению (11.14),

откуда

Ионную растворимость бензойной кислоты можно рассчитать по формуле (11.9). Таким образом, в целом растворимость данного вещества в воде составит:

Получается, что ионная растворимость составляет всего лишь около 5 % от общей растворимости бензойной кислоты.

Пример 11.3. Растворимость салициловой кислоты (М = 138 г/моль) в воде при 20 °С составляет 1,8 г/л; Ka?i = 1,1 10_3. Рассчитайте по этим данным произведение растворимости салициловой кислоты.

Решение

Молярная концентрация салициловой кислоты в ее насыщенном растворе составляет:

Общая растворимость салициловой кислоты равна сумме ионной и молекулярной растворимости. С учетом (11.9) и (11.14) получаем следующее уравнение:

Обозначим *JKS как х и умножим левую и правую части полученного уравнение на 1,1 • 1СГ3:

откуда

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >