16.11: 용해도에 영향을 미치는 요인

순수한 물과 비교하여, 이온 화합물의 용해도는 공통 이온(이온 화합물의 용해에 의해 생성되는 이온)을 포함하는 수용액에서 더 적습니다. 이는 르 샤틀리에의 원리를 사용하여 설명할 수 있는 대량 작용 법칙의 결과인 공통 이온 효과로 알려진 현상의 한 예입니다. 요오드화은의 용해에 대해 생각해 보세요.

이러한 용해도 평형은 은이나 요오드 이온을 첨가하면 왼쪽으로 이동하여 AgI가 침전되고 용해된 Ag^+ 및 I^-의 농도가 낮아질 수 있습니다. 이러한 이온 중 하나를 이미 포함하고 있는 용액에서는 이러한 이온이 없는 용액보다 더 적은 양의 AgI가 용해될 수 있습니다.

이 효과는 용해도 곱 표현으로 표현되는 대량 작용의 관점에서 설명될 수도 있습니다.

은과 요오드 이온 몰농도의 수학적 곱은 이온 소스에 관계없이 평형 혼합물에서 일정하므로 한 이온 농도의 증가는 다른 이온 농도의 비례적인 감소와 균형을 이루어야 합니다.

폐수 처리에서 침전강수의 역할

용해도 평형은 도시나 마을의 생활용수를 처리할 수 있는 시설에서 수행되는 폐수 처리에 유용한 도구입니다. 특히, 선택적 침전은 폐수가 자연 수역으로 다시 방출되기 전에 폐수에서 오염 물질을 제거하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 제조 시설에서 배출되는 물에는 인산염 이온(PO_4^3−)이 종종 존재합니다. 풍부한 인산염으로 인해 과도한 조류가 자라게 되고, 이는 해양 생물이 이용할 수 있는 산소의 양에 영향을 미칠 뿐만 아니라 물을 인간이 섭취하기에 부적합하게 만듭니다.

물에서 인산염을 제거하는 일반적인 방법 중 하나는 수산화칼슘 또는 석회인 Ca(OH)_2를 첨가하는 것입니다. 물이 더욱 염기성으로 변하면서 칼슘 이온은 인산염 이온과 반응하여 수산화인회석(Ca_5(PO_4)_3·OH)을 생성하고 용액에서 침전됩니다.

첨가된 칼슘 이온의 양은 다른 칼슘 염의 용해도 곱을 초과하지 않기 때문에 해당 염의 음이온은 폐수에 남아 있습니다. 그런 다음 침전물은 여과를 통해 제거되고, 재탄산화 과정에서 CO_2를 첨가하여 물의 pH를 중성으로 되돌립니다. 침전을 통해 인산염을 제거하는 데 염화철(III)과 황산알루미늄 등 다른 화학물질도 사용할 수 있습니다.

 이 문서는 에서 발췌되었습니다  Openstax, Chemistry 2e, Section 15.1: Precipitation and Dissolution.

이온 화합물의 용해도는 용액에 존재하는 다른 용질에 따라 달라질 수 있습니다. 용질은 화합물 또는 산이나 염기에 공통으로 존재하는 이온일 수 있습니다. 따라서 용해도에 영향을 미치는 두 가지 주요 요인은 공통 이온 효과와 용액의 pH입니다.

염화(II)납을 염화 나트륨 용액에 첨가하면 두 염은 모두 물 속에서 이온화되어 나트륨과 납 양이온 그리고 공통 음이온인 염화물이 생성됩니다. 용액 속의 염화 이온은 염화나트륨의 완전한 이온화와 염화납(II)의 부분적인 이온화에서 모두 나오기 때문에 용액의 농도는 나트륨 이온이나 납 이온의 농도보다 높을 것입니다. 이를 보완하기 위해 용액 속의 고체 염화납(II)과 그것의 이온 사이의 평형은 해리되지 않은 염 쪽으로 이동하며 더 많은 염화 납(II)이 분리되지 않은 상태로 남게 합니다.

따라서 공통 이온의 존재는 용해도가 낮은 물질의 용해도를 감소시킵니다. 예를 들어 0.100 몰의 염화나트륨 용액에서 염화 납(II)의 몰 용해도 x는 ICE 표를 통해 계산할 수 있습니다. 용액 내 납 이온의 초기 농도는 0이지만 염화물의 농도는 0.100 몰입니다.

염화 납(II)의 각 분자는 하나의 납과 두 개의 염화 이온으로 분리됩니다. 따라서 납 이온에서 농도의 변화는 x가 될 것이고 염화물에서는 2x가 될 것입니다. 납 이온의 평형 농도는 x이지만 염화 이온의 경우 2x와 0.100의 합이 됩니다.

25°C에서 염화 납(II)에 대한 Ksp의 값은 1.17 10⁻⁵이고 평형식은 납과 염화 이온의 평형 농도의 적으로 의 두제곱에 x를 곱한 것과 같습니다. Ksp가 작기 때문에 2x는 0.100 몰보다 훨씬 작고 그것의 합계는 0.100 몰에 근사합니다. 식에 대입하면 1.17 10⁻⁵는 x에 0.100 몰 두제곱을 곱한 것과 같습니다.

x를 풀면 0.100 몰의 염화나트륨용액에서 염화 납(II)의 몰용해도는 1.17 10⁻³ 몰입니다. 물에 함유된 염화납(II)의 몰용해도가 1.43 10⁻² 몰인 것과 비교하면 공통 이온은 염화납(II)의 용해도를 12배 감소시킵니다. 화합물의 용해도는 용액의 pH에도 영향을 받을 수 있습니다.

수산화칼슘을 칼슘 이온과 수산화물로 부분적으로 해리되는 반응을 고려해봅시다. 예를 들어 수산화 칼륨을 첨가하여 pH가 증가한다면 일반적인 수산화 이온은 수산화칼슘의 용해도를 낮출 것입니다. 반대로 예를 들어 염산을 첨가하여 pH가 감소하면 양성자는 수산화 이온과 결합하여 용액 내 수산화 이온의 농도를 낮춥니다.

그런 다음 수산화칼슘의 용해도 평형은 생성물 방향으로 이동하면서 산성 용액의 용해도를 증가시킬 것입니다.