8. Произведение растворимости и образование осадков

8.1. Произведение растворимости

Поместим в химический стакан какую-либо малораство­римую соль, например хлорид серебра (AgCl), и добавим к образовавшемуся осадку дистиллированной воды. При этом ионы Ag⁺ и С1^–, испытывая притяжение со стороны окружающих диполей воды, постепенно отрываются от кристаллов и переходят в раствор. Сталкиваясь в растворе, ионы Ag⁺ и Сl^– образуют молекулы AgCl↓ и осаждаются на поверхности кристаллов. Таким образом, в системе происходят два взаимно противо­положных процесса, что приводит к динамическому равнове­сию, когда в единицу времени в раствор переходит столько же ионов Ag⁺ и Сl^–, сколько их осаждается. Накопление ио­нов Ag⁺ и Сl^– в растворе прекращается, получается насыщен­ный раствор. Следовательно, в системе находится осадок мало­растворимой соли в соприкосновении с её насыщенным раство­ром. При этом происходят два взаимно противоположных процесса:

- переход ионов из осадка в раствор. Скорость этого про­цесса можно считать постоянной при неизменной температуре: υ₁ = k₁;

- осаждение ионов из раствора. Скорость этого процесса υ₂ зависит от концентрации или активности ионов Ag⁺ и Сl^–.

По закону действующих масс:

υ₂ = k₂ [Ag⁺][Cl^–] или υ₂ = . (8.1)

Так как данная система находится в состоянии химического равновесия, то

υ₁ = υ₂ или υ₁ = k₂ [Ag⁺][Cl^–].

Для нерастворимого хлорида серебра АgСl, образующего твёрдую фазу, процесс его электролитической диссоциации характеризуется константой равновесия:

[Ag⁺][Cl^–] = = К_р = const (при Т = const).

Константа равновесия диссоциации малорастворимого элек­тролита в его насыщенном растворе называется произведением растворимости (ПР).

В приведенном примере ПР_АgСl = [Ag⁺][Cl^–]. В тех случаях, когда электролит содержит два или несколько одинаковых ио­нов, концентрация этих ионов при вычислении произведения растворимости должна быть возведена в соответствующую сте­пень.

Например, для сульфида серебра ПР_АgСl = [Ag⁺]²[S^2–], a иодида свинца ПР_АgСl = [Рb²⁺][I^–]².

В общем случае выражение произведения растворимости для малорастворимого электролита типа А_mВ_n описывается уравнением:

= [А]^m[В]ⁿ. (8.2)

Более строго произведение растворимости выражается через произведение активностей ионов:

ПР = .

Однако ввиду того, что определение активностей отдельных ионов во многих случаях представляет неразрешимую задачу, при проведении расчётов их активности с достаточной степенью погрешности могут быть заменены концентрациями.

Величины произведений растворимости у разных электролитов различны. Например, для карбоната кальция = 4,8 · 10^–9, a для хлорида серебра – ПР_АgСl = 1,56 · 10^–10.

ПР легко вычислить, зная растворимость соединения при данной температуре.

Пример. Растворимость карбоната кальция СаСО₃ равна 0,0069 г/л. Найти .

Решение. Выразим растворимость (S) карбоната кальция в молях:

= 40 + 12 + 3 · 16 = 100 г/моль;

= = 6,9 · 10^–5 моль/л.

Так как каждая формульная единица СаСО₃ дает при растворении по одному иону Са²⁺ и СО₃^2–, то:

[Са²⁺] = [СО₃^2–] = 6,9 · 10^–5 моль/л

Следовательно, = [Са²⁺][СО₃^2–] = (6,9 · 10^–5) ² = 4,8 · 10^–9.

Зная величину ПР, можно вычислить раствори­мость электролита в моль/л или г/л.