Προϊόντα Διαλυτότητας

Εισαγωγή

Διαλυτότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να διαλύεται σε έναν διαλύτη και να δημιουργεί ένα διάλυμα. Το προϊόν διαλυτότητας είναι το γινόμενο της συγκέντρωσης ισορροπίας ιόντων αυξημένης στην ισχύ ίση με τους αντίστοιχους συντελεστές τους στην ισορροπία σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία σε ένα κορεσμένο διάλυμα ελάχιστα διαλυτού άλατος.

Οι ιοντικές χημικές ουσίες που διασπώνται και δημιουργούν κατιόντα και ανιόντα στο νερό έχουν μεγάλο εύρος διαλυτότητας. Ορισμένες ουσίες είναι πολύ διαλυτές, απορροφούν ακόμη και την υγρασία από τον αέρα, ενώ άλλες είναι πολύ αδιάλυτες.

Ksp – Σταθερά προϊόντος διαλυτότητας

Η μεταβλητή ισορροπίας για ένα υλικό που διαλύεται σε ένα υδατικό διάλυμα είναι η σταθερή συγκέντρωση ισορροπίας, Ksp. Δηλώνει τη συγκέντρωση στην οποία διαλύεται μια ουσία στο διάλυμα. Όσο ισχυρότερη είναι η τιμή Ksp μιας ένωσης, τόσο πιο διαλυτή είναι.

Εξετάστε την ακόλουθη γενική απόκριση διάλυσης (σε υδατικά διαλύματα)

aA(s)⇌cC(aq)+dD(aq)

Για να λάβετε το Ksp, πολλαπλασιάστε τις μοριακότητες ή τις συγκεντρώσεις των προϊόντων (cC και dD). Εάν κάποιο από τα προϊόντα έχει συντελεστές μπροστά τους, το γινόμενο πρέπει να αυξηθεί σε αυτήν την ισχύ του συντελεστή (και επίσης να πολλαπλασιάσει τη συγκέντρωση με αυτόν τον συντελεστή). Αυτό απεικονίζεται παρακάτω.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το αντιδρόν, aA, δεν περιλαμβάνεται στην εξίσωση Ksp.

Ksp=[C]c[D]d

Τα στερεά δεν περιλαμβάνονται στον υπολογισμό των εκφράσεων της σταθεράς ισορροπίας επειδή οι συγκεντρώσεις τους δεν έχουν καμία επίδραση στην έκφραση. Επομένως, οποιαδήποτε αλλαγή στις συγκεντρώσεις τους είναι ασήμαντη και παραλείπεται. Ως αποτέλεσμα, το Ksp υποδηλώνει τον μεγαλύτερο βαθμό στον οποίο ένα στερεό μπορεί να διαλυθεί σε διάλυμα.

Σταθερά διαλυτότητας προϊόντος

Γενικά, όταν οι ιοντικές ουσίες διαλύονται στο νερό, σχηματίζουν ιόντα. Όταν το διάλυμα είναι κορεσμένο με ιόντα, δηλαδή όταν δεν μπορεί πλέον να συγκρατηθεί, η περίσσεια του στερεού βυθίζεται στον πυθμένα του δοχείου και δημιουργείται μια ισορροπία μεταξύ του αδιάλυτου στερεού και των διαλυμένων ιόντων. Όταν σε ένα διάλυμα προστίθεται αρκετό οξαλικό ασβέστιο για να γίνει κορεσμένο, δημιουργείται η ακόλουθη ισορροπία.

CaC2O4(s) → Ca+2 (aq) + C2O4 -2 (aq)

Λαμβάνουμε το ακόλουθο αποτέλεσμα εάν δημιουργήσουμε μια έκφραση ισορροπίας για αυτήν την κατάσταση:

Επειδή το στερεό δεν βρίσκεται στην ίδια φάση με τα υδατικά ιόντα, δεν εμφανίζεται ως παρονομαστής στην έκφραση.

Ksp =[Ca+2][C2O4 -2 ]

Γενικά, η σταθερά προϊόντος διαλυτότητας (Ksp) είναι η σταθερά ισορροπίας για την ισορροπία διαλυτότητας μιας ιοντικής ένωσης. Το Ksp, όπως όλες οι σταθερές ισορροπίας, είναι ευαίσθητο στη θερμοκρασία, ωστόσο παραμένει σχετικά σταθερό σε οποιαδήποτε δεδομένη θερμοκρασία. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι, όπως κάθε άλλη έκφραση ισορροπίας, κάθε συγκέντρωση ιόντων στην έκφραση αυξάνεται στην ισχύ του συντελεστή του στην εξίσωση διαλυτότητας.

Για παράδειγμα, η έκφραση Ksp CaCO3(s)⇄ Ca+2 (aq) + CO3 -2 (aq) 

είναι Ksp =[Ca+2][CO3 -2] 

αλλά για την εξίσωση PbI2(s) ⇄  Pb+2 (aq) + 2 I-1 (aq) 

Ksp =[Pb+2][I-1] 2 

Η σημασία του προϊόντος διαλυτότητας

Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη διαλυτότητα και το προϊόν διαλυτότητας, αλλά οι πιο σημαντικοί είναι η ενθαλπία του πλέγματος του άλατος και η ενθαλπία διαλυτοποίησης των ιόντων στο διάλυμα. Η ισχυρή έλξη του άλατος (δικτυωτή ενθαλπία των ιόντων) στη συνέχεια ξεπερνιέται με επαφή του διαλύτη με ιόντα ενώ διαλύεται σε έναν διαλύτη. Το γεγονός ότι τα ιόντα έχουν αρνητική ενθαλπία διαλυτοποίησης δείχνει ότι απελευθερώνεται ενέργεια κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της διαλυτοποίησης είναι γνωστή ως ενθαλπία διαλυτοποίησης, η οποία καθορίζεται από τον διαλύτη.

Επειδή η ενθαλπία διαλυτοποίησης των μη πολικών διαλυτών έχει μια πεπερασμένη τιμή, αυτή η ενέργεια δεν μπορεί να υπερβαίνει την ενθαλπία πλέγματος. Ως αποτέλεσμα, οι μη πολικοί διαλύτες δεν μπορούν να διαλύσουν τα άλατα.

Για να διαλυθεί το αλάτι σε έναν διαλύτη, η ενθαλπία διαλυτώσεώς του πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την ενθαλπία του πλέγματος. Ανάλογα με τη θερμοκρασία, κάθε αλάτι έχει ποικίλο προϊόν διαλυτότητας και διαλυτότητας.

Συμπέρασμα

Η έννοια του προϊόντος διαλυτότητας οδηγεί σε ένα εξαιρετικά ευεργετικό συμπέρασμα. Εάν το ιοντικό προϊόν είναι μικρότερο από το προϊόν διαλυτότητας, ο ηλεκτρολύτης δεν καθιζάνει επειδή το διάλυμα δεν έχει επιτύχει κορεσμό.

Τέλος, η υπόθεση υποστηρίχθηκε μόνο εν μέρει επειδή η τελική τιμή Ksp δεν ήταν ακριβώς 2,7 x 105, αλλά μάλλον 6,39 x 10-5, που είναι αρκετά κοντά. Τεχνικά, η τελική τιμή Ksp θα έπρεπε να ήταν όπως είχε προβλεφθεί, αλλά λόγω συστηματικών σφαλμάτων και σφαλμάτων εξοπλισμού, η τελική τιμή Ksp πλησίασε. Ωστόσο, εάν τα σφάλματα είχαν αφαιρεθεί, η υπόθεση θα είχε υποστηριχθεί πλήρως.