Як визначити розчинність: 14 кроків

Поняття розчинності використовується в хімії для опису властивостей твердої речовини, яка змішується з рідиною і розчиняється в ній. Повністю розчинні лише іонні (заряджені) з`єднання. Для практичних потреб достатньо пам`ятати кілька правил або вміти знайти їх, щоб при нагоді скористатися ними і дізнатися, розчиняться чи ні ті чи інші іонні речовини в воді. Фактично, в будь-якому випадку розчиняється певна кількість атомів, навіть якщо зміни не помітні, тому для проведення точних експериментів іноді потрібно обчислити це кількість.

кроки

Метод 1 з 2:

Використання простих правил

1. Дізнайтеся більше про іонних з`єднаннях. У нормальному стані кожен атом має певне число електронів, але іноді він може захопити додатковий електрон або втратити свій. В результаті утворюється іон, який має електричний заряд. Якщо іон з негативним зарядом (додатковим електроном) зустрічає іон з позитивним зарядом (без електрона), вони зв`язуються разом, подібно протилежних полюсів двох магнітів. В результаті утворюється іонну з`єднання.

Іони з негативним зарядом називаються анионами, а іони з позитивним зарядом - катіонами.
У нормальному стані кількість електронів в атомі дорівнює числу протонів, в результаті чого атом електрично нейтральний.

2. Дізнайтеся більше про розчинність. Молекули води (H₂O) мають своєрідною структурою, що робить їх схожими на магніт: з одного кінця вони мають позитивний, а з другого - негативний заряд. При приміщенні в воду іонного з`єднання ці водяні «магніти» збираються навколо його молекул і прагнуть відтягнути позитивні і негативні іони один від одного. Молекули деяких іонних з`єднань не дуже міцні, і такі речовини розчинні в воді, так як молекули води відтягують іони один від одного і розчиняють їх. В інших з`єднаннях іони пов`язані міцніше, і вони нерозчинні, оскільки молекули води не в змозі розтягнути іони в сторони.

У молекулах деяких з`єднань внутрішні зв`язки можна порівняти за силою з дією молекул води. Такі сполуки називають слабо розчинними, оскільки значна частина їх молекул дисоціює, хоча інші залишаються розчиненими.

3. Вивчіть правила розчинності. Оскільки взаємодія між атомами описується досить складними законами, не завжди можна відразу сказати, які речовини розчиняються, а які ні. Знайдіть один з іонів з`єднання в наведеному нижче описі того, як зазвичай поводяться різні речовини. Після цього зверніть увагу на другий іон і перевірте, чи не відноситься дана речовина до винятків через незвичайного взаємодії іонів.

Припустимо, ви маєте справу з хлоридом стронцію (SrCl₂). Знайдіть в перерахованих нижче кроки (вони виділені жирним шрифтом) іони Sr і Cl. Cl зазвичай растворім- після цього загляньте в наведені нижче винятки. Іони Sr там не згадані, так що з`єднання SrCl має розчинятися у воді.

Нижче відповідних правил наведені найбільш поширені виключення. Існують і інші виключення, проте ви навряд чи зіткнетеся з ними на уроках хімії або в лабораторії.

4. З`єднання розчиняються, якщо в їх склад входять іони лужних металів, тобто Li, Na, K, Rb і Cs. Це елементи групи IA таблиці Менделєєва: літій, натрій, калій, рубідій і цезій. Майже всі прості сполуки цих елементів розчинні.

виняток: з`єднання Li₃PO₄ нерастворимо.

5. З`єднання іонів NO₃, C₂H₃O₂, NO₂, ClO₃ і ClO₄ розчинні. Їх називають відповідно іонами нітратів, ацетатів, нітритів, хлоратов і перхлоратов. Іон ацетату часто позначають абревіатурою OAс.

винятки: Ag (OAc) (ацетат срібла) і Hg (OAc)₂ (Ацетат ртуті) нерозчинні.

AgNO₂ і KClO₄ лише слабо розчинні.

6. З`єднання іонів Cl, Br і I зазвичай розчиняються. Іони хлору, брому та йоду утворюють відповідно хлориди, борид і йодиди, які називають солями галогенів. Ці солі майже завжди розчинні.

виняток: якщо другим іоном в парі є іон срібла Ag, ртуті Hg₂ або свинцю Pb, сіль нерастворима. Це ж вірно і для менш поширених галогенів з іонами міді Cu і талію Tl.

7. З`єднання іона SO₄ (Сульфати) зазвичай розчиняються. Як правило, сульфати розчиняються у воді, проте існує кілька винятків.

винятки: нерозчинні сульфати наступних іонів: стронцію Sr, барію Ba, свинцю Pb, срібла Ag, кальцію Ca, радію Ra і двовалентного срібла Hg₂. Врахуйте, що сульфат срібла і сульфат кальцію все ж трохи розчиняються у воді, і іноді їх вважають злегка розчинними речовинами.

8. З`єднання OH і S нерозчинні в воді. Це відповідно іони гідроксиду і сульфіду.

винятки: пам`ятайте про лужних металах (група IA) і про те, що майже всі їх з`єднання розчинні? Так ось, іони Li, Na, K, Rb і Cs утворюють розчинні гідроксиди та сульфіди. Крім того, розчинні солі кальцію Ca, стронцію Sr і барію Ba (група IIA). Врахуйте, що значна частина молекул гідроксидів цих елементів все-таки не розчиняється, тому іноді їх вважають слабо розчинними.

9. З`єднання іонів CO₃ і PO₄ нерозчинні. Ці іони утворюють карбонати і фосфати, які зазвичай не розчиняються у воді.

винятки: дані іони утворюють розчинні сполуки з іонами лужних металів: Li, Na, K, Rb і Cs, а також з амонієм NH₄.

Метод 2 з 2:

Використання твору розчинності K_sp

1. Знайдіть твір розчинності K_sp (Це постійна величина). Кожне з`єднання має свою константу K_sp. Її значення для різних речовин приведені в довідниках і на сайті (на англійській мові). Значення твору розчинності визначаються експериментально і вони можуть значно відрізнятися один від одного в різних джерелах, тому краще користуватися таблицею для K_sp в вашому підручнику хімії, якщо така таблиця там є. Якщо не вказано іншого, в більшості таблиць наводиться твір розчинності при температурі 25ºC.

Наприклад, якщо ви розчиняєте йодид свинцю PbI₂, знайдіть для нього твір розчинності. На сайті bilbo.chm.uri.edu вказано значення 7,1 × 10.

2. Запишіть хімічне рівняння. Спочатку визначте, на які іони розпадеться молекула речовини при розчиненні. Потім запишіть рівняння з K_sp з одного боку і відповідними іонами з іншого.

У нашому прикладі молекула PbI₂ розщеплюється на іон Pb і два іона I. При цьому досить встановити заряд лише одного іона, так як в цілому розчин буде нейтральним.

Запишіть рівняння: 7,1 × 10 = [Pb] [I].

3. Перетворіть рівняння так, щоб вирішити його. Перепишіть рівняння в простому алгебраическом вигляді. Використовуйте при цьому те, що вам відомо про кількість молекул і іонів. Підставте замість числа атомів розчиняється з`єднання невідому величину х і висловіть кількість іонів через х.

У нашому прикладі необхідно переписати наступне рівняння: 7,1 × 10 = [Pb] [I].

Оскільки в з`єднання входить лише один атом свинцю (Pb), число розчинених молекул буде дорівнювати кількості вільних іонів свинцю. Таким чином, ми можемо прирівняти [Pb] і x.

Оскільки на кожен іон свинцю припадає два іона йоду (I), число атомів йоду слід прирівняти 2x.

В результаті виходить рівняння 7,1 × 10 = (x) (2x).

4. При необхідності врахуйте загальні іони. Пропустіть цей крок, якщо речовина розчиняється в чистій воді. Однак якщо ви використовуєте розчин, який вже містить один або більше цікавлять вас іонів (загальних іонів), розчинність може значно знизитися. Ефект загальних іонів особливо помітний для слабо розчинних речовин, і в подібних випадках можна припускати, що переважна більшість розчинених іонів вже присутні в розчині раніше. Перепишіть рівняння і врахуйте в ньому відомі молярні концентрації (молей на літр, або M) вже розчинених іонів. Відкоректуйте невідомі величини х для цих іонів.

Наприклад, якщо йодид свинцю вже присутній в розчині з концентрацією 0,2M, слід переписати рівняння таким чином: 7,1 × 10 = (0,2M + x) (2x). Оскільки величина 0,2M набагато більше x, можна записати рівняння у вигляді 7,1 × 10 = (0,2M) (2x).

5. Розв`яжіть рівняння. Знайдіть величину x, щоб дізнатися, наскільки розчинно дане з`єднання. З огляду на визначення твори розчинності відповідь буде виражений в молях розчиненої речовини на літр води. Для обчислення кінцевого результату може знадобитися калькулятор.

Для розчинення в чистій воді, тобто при відсутності загальних іонів, знаходимо:

7,1 × 10 = (x) (2x)

7,1 × 10 = (x) (4x)

7,1 × 10 = 4x

(7,1 × 10) / 4 = x

x = ∛ ((7,1 × 10) / 4)

x = 1,2 x 10 молей на літр води. Це дуже мала кількість, тому дана речовина практично нерозчинні.

Що вам знадобиться

Таблиця творів розчинності (K_sp) Різних з`єднань.

Поради

Якщо є експериментальні дані про розчинність сполуки, можна використовувати той же рівняння для того, щоб обчислити добуток розчинності K_sp для даної речовини.

попередження

Незважаючи на відсутність загальноприйнятого згоди щодо термінів, хіміки згодні щодо більшості речовин. Розбіжності можуть виникнути лише в разі деяких з`єднань, для яких в різних таблицях наведені різні значення.
У деяких досить старих довідниках з`єднання NH₄OH віднесено до розчинним. Це невірно: хоча і можна виявити іони NH₄ і OH в малих кількостях, їх не можна виділити, щоб отримати з`єднання.