Тема 14. Гетерогенные равновесия и процессы. Произведение растворимости.

По растворимости все вещества можно классифицировать следующим образом:

растворимые малорастворимые нерастворимые

 

Растворимость вещества зависит от природы растворяемого вещества, температуры, концентрации ионов в растворе.

В зависимости от содержания растворенного вещества и соотношения скоростей процессов растворения и кристаллизации различают насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.

Насыщенным называется раствор, находящийся в равновесии с осадком растворяемого вещества, при этом скорость растворения вещества равна скорости его кристаллизации. Насыщенный раствор содержит максимально возможное при данных условиях (температуре) количество растворенного вещества.

Ненасыщенным называется раствор, в котором можно растворить при тех же условиях дополнительное количество растворяемого вещества, т.е. скорость растворения вещества больше скорости его кристаллизации.

Пересыщенным называется термодинамически неустойчивая система, в которой скорость растворения вещества меньше скорости его кристаллизации.

При растворении большинства солей в воде в раствор переходят не молекулы, а ионы. Поэтому в водном насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита между твердой фазой (осадком) и ионами этого электролита в водной фазе устанавливается динамическое гетерогенное равновесие.

Рассмотрим гетерогенное равновесие между кристаллическим осадком малорастворимой соли AgCI и его водным раствором, содержащим ионы Ag⁺ и CI^-. При введении в воду соли в количестве, большем, чем это необходимо для получения насыщенного раствора, будет иметь место равновесие между твердой фазой и ионами соли в растворе: (AgCI)тв. Û; (AgCI)растÛ Ag⁺ + CI^_ ,

для AgCI можно записать константу равновесия:

[Ag⁺ ] [Cl^- ]

K = -----------

[AgCl]

Так как концентрация твердого вещества [AgCl] постоянна, можно умножить константу равновесия и [AgCl] получить новую постоянную величину, которую называют произведением растворимости (ПР) ПР_(AgCI) =[Ag]*[CI]

а в общем виде для любого труднорастворимого электролита:

В насыщенном растворе соли произведение молярных концентраций ее ионов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, есть величина постоянная при данной температуре, называемая произведением растворимости (ПР).

Ионное произведение (ИП) – это произведение реальных концентраций ионов труднорастворимых солей в растворах различных типов (ненасыщенном, насыщенном или пересыщенном).

ИП = ПР насыщенный раствор

ИП < ПР ненасыщенный раствор (растворение осадка)

ИП > ПР пересыщенный раствор (выпадение осадка)

Гетерогенные равновесия и организм

В организме человека в норме важнейшими гетерогенными процессами являются образование костной ткани.

Ее основной компонент – гидроксиапатит Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. гидроксифосфат кальция Са₅(ОН)(Р0₄)з

Его образование можно выразить общей схемой:

 

 

Формирование костной ткани начинается с плазмы крови. В плазме содержатся необходимые для этого катионы кальция, а также дигидро- и гидрофосфат-ионы. Этих концентраций достаточно для образования осадка СаНР0₄. Так как раствор лишь слегка пересыщен, в плазме кристаллизация приводит к образованию малых количеств микрокристаллов гидрофосфата кальция.

В клетках костной ткани (остеобластах), в результате ферментативного гидролиза увеличивается концентрация фосфат-ионов, что способствует превращению гидрофосфата кальция в гидроксиапатит. Этому же благоприятствует и слабощелочная среда плазмы.

При увеличении концентраций свободных ионов кальция и гидрофосфат-ионов в плазме происходит отложение гидроксиапатита в костной ткани. У взрослого человека полная перестройка костной ткани осуществляется примерно каждые 10 лет.

Регуляция концентрации ионов кальция в плазме.

Поддержание концентрации ионов кальция на постоянном уровне (2,25 – 2,75 ммоль/л) обеспечивают костная ткань и плазма крови, содержащая фосфат-ионы; эту систему можно рассматривать как кальциевый буфер. Функционирование этого буфера регулируется гормонально