Równowagi heterogeniczne. Iloczyn rozpuszczalności

Rozpatrzmy trudno rozpuszczalną sól MnAm w jej na­sy­conym roztworze.

Pomiędzy nasyconym roztworem a nierozpuszczonym osa­dem istnieje równowaga

MnAm nMm+ + mAn

Równowagę taką opisuje stała równowagi Kso = [Mm+]n[An]m

(Indeks so jest skrótem słowa solubility - roz­pusz­czal­ność. Niekiedy zamiast Kso używa się oznaczenia IR - iloczyn rozpuszczalności).

Zauważmy, że wyrażenie na Kso nie zawiera substratu reakcji (czyli soli MnAm). Oznacza to, że stan rów­no­wa­gi nie zależy od ilości osadu będącego w kontakcie z roz­tworem.

Niezależnie od ilości osadu, skład roztworu nasyconego jest taki sam.

Iloczyny rozpuszczalności są stablicowane w postaci ich ujemnych logarytmów dziesiętnych, pKso:

pKso = log10Kso

Znajomość iloczynu rozpuszczalności pozwala np. obli­czyć rozpuszczalność soli w wodzie.

Powróćmy do naszej soli MnAm i jej heterogenicznej rów­nowagi MnAm nMm+ + mAn, dla której znamy war­tość Kso. Z reakcji wynika, że stężenie kationów jest n razy, a anionów m razy wyższe niż wynosi rozpusz­czal­ność soli. Jeśli więc rozpuszczalność soli MnAm jest rów­na r, to

Kso = [Mm+]n[An]m = (nr)n.(mr)m

Przykład

Dla siarczanu barowego pKso=10. Oblicz roz­pusz­czal­ność tej soli w wodzie.

Skoro pKso=10, to Kso=1010. Reakcja równowagi na granicy faz

BaSO4 Ba2+ + SO42-

wskazuje, że w równowadze stężenia obu jonów są równe rozpuszczalności: Kso=[Ba2+][SO42-]=r.r=r2. Stąd:

r=

Równowagę heterogeniczną bardzo łatwo zakłócić.

Obecność jonów wspólnych w tworzonymi przez osad silnie zmniejsza rozpuszczalność. Jest to tzw. efekt wspólnego jonu.

Przykład

Dla siarczanu barowego (pKso=10) porównaj roz­pusz­czal­ność tej soli w wodzie i w 0.01 M H2SO4.

Obecność nadmiaru jonów siarczanowych powinna cofnąć reakcję BaSO4 Ba2+ + SO42- .

Związek między rozpuszczalnością (r) a iloczynem roz­pusz­czalności będzie teraz następujący:

Kso=[Ba2+][SO42-]=r.(r+0.01)r.0.01.

Stąd r=1010/0.01=108 mol/dm3, a zatem roz­pusz­czal­ność BaSO4 w 0.01 M H2SO4 jest 1000 razy mniejsza niż w czystej wodzie.

Obecność jonów innych niż tworzone przez osad także zmienia rozpuszczalność. Wynika to ze zwiększonej si­ły jonowej układu. Jest to tzw. efekt obcego jonu. Dla je­go zbadania wystarczy pamiętać, że w wyrażeniu na sta­łą równowagi powinny występować aktywności jonów.

Przykład

Dla siarczanu barowego (pKso=10) porównaj roz­pusz­czal­ność tej soli w wodzie i w 0.1 M NaCl.

Obliczamy siłę jonową układu (pomijając jony barowe i siar­czanowe, których jest niewiele):

=0.5.(0.1.12 + 0.1.12)=0.1

Liczymy współczynniki aktywności jonów Ba2+ i SO42-:

Związek między Kso i r jest następujący:

stąd

A zatem, w porównaniu z czystą wodą, rozpuszczalność wzrosła około trzykrotnie.

© J. Gliński, w. 10, p. 1