イオンの沈殿

ヨウ化ナトリウムと硝酸鉛(II)など、2つのイオン性化合物の溶液が混合されている場合、一方の溶液からの陽イオンは、もう一方の溶液からの陰イオンと結合する可能性があります。

クロスプロダクトの1つである硝酸ナトリウムは水溶性であるため、ナトリウムイオンと硝酸ナトリウムイオンは溶液中に残り続けますが、鉛イオンとヨウ化物イオンはヨウ化鉛沈殿物を形成します。

溶解反応の反応商Qは、鉛イオンとヨウ化物イオンの濃度の積に等しくなります。

溶解度生成物K_spとは異なり、反応商には、平衡状態だけでなく、任意の段階でのイオン濃度が含まれます。

Q と K_sp の値を比較して、沈殿反応が発生するかどうかを予測できます。

硝酸鉛溶液へのヨウ化ナトリウム溶液の滴下添加を検討してください。

最初は、QはK_spよりも小さく、鉛イオンとヨウ化物イオンの両方がナトリウムイオンと硝酸イオンと溶液中にあります。これは不飽和溶液です。

ヨウ化ナトリウムを添加すると、ヨウ化物イオンの濃度は増加し続けます。反応はQ = K_spのときに平衡に達します。この段階では、少量の固体ヨウ化鉛がイオンと動的平衡状態にあり、飽和溶液を形成します。

さらにヨウ化ナトリウムを添加すると、Q > K_spとなり、反応は沈殿物にシフトします。これは過飽和溶液であり、イオン濃度が平衡値まで低下するまで沈殿が続きます。

例えば、ヨウ化ナトリウムと硝酸鉛(II)溶液を混合すると、1.6 × ^10-4 M鉛イオンと4.0 × ^10-4 Mヨウ化物イオンを含む溶液が得られるとします。

ここで、Q = 2.6 × ^10-11 ですが、ヨウ化鉛の K_sp は ^10-8 × 1.4 です。Qであるため、ヨウ化鉛は沈殿しません。

沈殿反応の予測は、イオン性化合物の分離に非常に役立ちます。

鉛(II)と銅(II)の2つの金属イオンを含む溶液を考えてみましょう。この溶液に塩酸を添加すると、塩化鉛(II)はK^spが小さいため沈殿しますが、塩化銅(II)は水に溶けやすいため銅は溶液中に残ります。

この手法は選択的降水と呼ばれます。