Основные теоретические положения. Растворимостью называют способность вещества образовывать раствор с данным растворителем, а также количественную характеристику этой способности

Растворимостью называют способность вещества образовывать раствор с данным растворителем, а также количественную характеристику этой способности. Качественно растворимость характеризуется понятиями «хорошо растворимо», «мало растворимо», «нерастворимо».

Количественной мерой растворимости является масса вещества в граммах, которая способна раствориться в 100 г растворителя при данной температуре с образованием насыщенного раствора. Раствор называется насыщенным, если в нем находится предельное при данных условиях количество растворенного вещества. Если в растворе содержится больше растворенного вещества, чем это определяется растворимостью, раствор называется пересыщенным, а если меньше – ненасыщенным.

Электролитами называют вещества, которые в растворе или расплаве полностью или частично распадаются на ионы.Для любого труднорастворимого электролита (Kt) _х (Аn) _у между его осадком и насыщенным раствором устанавливается равновесие вида

 

(Kt) _х (Аn) _у Û x × Kt ^z+ + y × Аn ^z–.

^{Осадок Насыщенный раствор}

 

Константа равновесия процесса диссоциации мало растворимого вещества в его насыщенном растворе называется произведением растворимости ПР. По закону действия масс выражение для произведения растворимости примет вид

 

ПР = (g ₊ ·[Kt ^z+ ]) ^x × (g_– ·[Аn ^z– ]) ^y, (3)

 

где а ₊, а _– – активности катиона и аниона; g ₊ , g_– – коэффициенты активностей катиона и аниона; [Kt ^z+ ], [Аn ^z– ] – равновесные молярные концентрации ионов, моль/дм³.

Поскольку насыщенный раствор труднорастворимого вещества содержит небольшие количества ионов, то есть является достаточно разбавленным, то при расчете ПР активности ионов можно заменить равновесными концентрациями. Тогда уравнение (3) примет вид

 

ПР = [ Kt ^z+ ] ^x × [Аn ^z– ] ^y. (4)

 

Например, для насыщенного раствора хлорида свинца будет справедливо выражение

 

ПР(PbCl₂) = [ Pb²⁺] × [Cl ^– ] ².

В общем случае, как и любая константа равновесия, произведение растворимости зависит от температуры и природы электролита и растворителя.

При определенной температуре ПР электролита есть величина постоянная. Численные значения произведения растворимости некоторых труднорастворимых электролитов при Т = 25 ^оС приведены в прил. 2.

По значению ПР судят о растворимости электролита: из двух однотипных соединений большей растворимостью обладает то, произведение растворимости которого больше.

Смещение ионных гетерогенных равновесий происходит в соответствии с принципом Ле Шателье, а именно изменение концентрации одноименных ионов вызывает изменение растворимости электролита. Из этой закономерности вытекает следующее:

а) выпадение осадка. Осадок малорастворимого электролита выпадает из пересыщенного раствора. Осадок образуется, если произведение реальных концентраций его ионов в растворе (ПР_расч), определенное по уравнению (4), больше табличного произведения растворимости (ПР_табл). Выпадение осадка продолжается до тех пор, пока раствор не станет насыщенным, то есть ПР_расч =
= ПР_табл;

б) растворение осадка. Осадок малорастворимого электролита будет растворяться в том случае, если раствор над ним станет ненасыщенным, то есть когда ПР_расч < ПР_табл. Этого можно достигнуть разведением раствора, а также удалением или связыванием одного из одноименных ионов в более прочное соединение;

в) полнота осаждения ионов. На практике часто необходимо удалять ионы из раствора путем перевода их в осадок. Для достижения наиболее полного осаждения малорастворимого электролита из его насыщенного раствора следует увеличить в растворе концентрацию каких-либо ионов, входящих в состав этого электролита. При добавлении одноименного иона растворимость данной соли уменьшается. Это значит, что растворимость хлорида серебра, к примеру, в чистой воде выше, чем в водном растворе хлорида нат­рия;

г) порядок осаждения ионов. Если к раствору, содержащему смесь ионов, осаждаемых одним и тем же ионом-осадителем, добавлять данный ион, то образование осадков малорастворимых электролитов происходит ступенчато: первым осаждается тот электролит, для достижения значения произведения растворимости которого требуется меньшая концентрация добавляемого иона-осади­теля.

Например, если к раствору, содержащему смесь ионов Cl^–, Br ^– и I ^– добавлять катион-осадитель Ag⁺, то в первую очередь будет осаждаться йодид серебра, так как его произведение растворимости минимально, а хлорид-ион перейдет в осадок в последнюю очередь (см. прил. 2);

д) солевой эффект. Растворимость солей зависит и от добавления электролитов, не имеющих общих с ними ионов. Растворимость возрастает с увеличением ионной силы раствора. Причина этого явления, называемого солевым эффектом, вызвана понижением коэффициентов активности ионов, входящих в состав труднорастворимой соли из-за роста сил межионного взаимодействия.