16.10: Löslichkeits-Gleichgewichte

Löslichkeitsgleichgewichte werden hergestellt, wenn die Auflösung und Ausfällung einer gelösten Spezies gleich schnell ablaufen. Diese Gleichgewichte liegen vielen natürlichen und technologischen Prozessen zugrunde, die von Karies bis zur Wasserreinigung reichen. Ein Verständnis der Faktoren, die die Löslichkeit von Verbindungen beeinflussen, ist daher für ein effektives Management dieser Prozesse unerlässlich. In diesem Abschnitt werden die zuvor vorgestellten Gleichgewichtskonzepte und -werkzeuge auf Systeme angewendet, die Auflösung und Niederschlag beinhalten.

Das Löslichkeitsprodukt

Denken Sie daran, dass die Löslichkeit einer Substanz von im Wesentlichen Null (unlöslich oder schwer löslich) bis unendlich (mischbar) variieren kann. Ein gelöster Stoff mit endlicher Löslichkeit kann eine gesättigte Lösung ergeben, wenn er einem Lösungsmittel in einer Menge zugesetzt wird, die seine Löslichkeit übersteigt, was zu einer heterogenen Mischung aus der gesättigten Lösung und dem überschüssigen, ungelösten gelösten gelösten Stoff führt. Zum Beispiel ist eine gesättigte Lösung von Silberchlorid eine, in der das unten gezeigte Gleichgewicht hergestellt wurde.

In dieser Lösung löst sich ein Überschuss an festem AgCl auf und dissoziiert zu wässrigen Ag^{+- und Cl-Ionen} mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sich diese wässrigen Ionen verbinden und ausfällen, um festes AgCl zu bilden. Da Silberchlorid ein schwer lösliches Salz ist, ist die Gleichgewichtskonzentration seiner gelösten Ionen in der Lösung relativ gering.

Die Gleichgewichtskonstante für Löslichkeitsgleichgewichte wie dieses wird in diesem Fall als Löslichkeitsproduktkonstante (K_sp) bezeichnet

Es ist zu beachten, dass nur Gase und gelöste Stoffe in Gleichgewichtskonstantenausdrücken dargestellt werden, so dass der K_sp keinen Term für das ungelöste AgCl enthält.

K_sp und Löslichkeit

Der K_sp einer schwer löslichen ionischen Verbindung kann einfach mit ihrer gemessenen Löslichkeit in Beziehung gesetzt werden, vorausgesetzt, dass der Auflösungsprozess nur Dissoziation und Solvatation umfasst, z. B.:

In solchen Fällen kann man _K-sp-Werte aus bereitgestellten Löslichkeiten ableiten oder umgekehrt. Berechnungen dieser Art werden am bequemsten unter Verwendung der molaren Löslichkeit einer Verbindung durchgeführt, gemessen als Mol gelöster gelöster gelöster Stoffe pro Liter gesättigter Lösung.

Vorhersage von Niederschlag

Die Gleichung, die das Gleichgewicht zwischen festem Calciumcarbonat und seinen solvatisierten Ionen beschreibt, lautet:

Es ist wichtig zu wissen, dass dieses Gleichgewicht in jeder wässrigen Lösung hergestellt wird, die Ca2⁺– und CO₃^2-Ionen enthält, und nicht nur in einer Lösung, die durch Sättigung von Wasser mit Kalziumkarbonat gebildet wird. Denken Sie zum Beispiel an das Mischen von wässrigen Lösungen der löslichen Verbindungen Natriumcarbonat und Calciumnitrat. Wenn die Konzentrationen von Calcium- und Karbonationen in dem Gemisch keinen Reaktionsquotienten Q ergeben, der das Löslichkeitsprodukt K_sp übersteigt, dann tritt keine Ausfällung auf. Wenn die Ionenkonzentrationen einen Reaktionsquotienten ergeben, der größer ist als das Löslichkeitsprodukt, dann kommt es zu einer Ausfällung, die diese Konzentrationen senkt, bis ein Gleichgewicht hergestellt ist (Q = K_sp). Der Vergleich von Q mit K_sp zur Vorhersage des Niederschlags ist ein Beispiel für den allgemeinen Ansatz zur Vorhersage der Richtung einer Reaktion, der erstmals in den Lektionen über das Gleichgewicht eingeführt wurde. Für den speziellen Fall von Löslichkeitsgleichgewichten:

Q < K_sp: Die Reaktion verläuft in Vorwärtsrichtung (die Lösung ist nicht gesättigt; es wird keine Ausfällung beobachtet)

Q > K_sp: Die Reaktion verläuft in umgekehrter Richtung (die Lösung ist übersättigt; es kommt zu einer Ausfällung)

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