Równowaga rozpuszczalności ustala się, gdy rozpuszczanie i wytrącanie się substancji rozpuszczonej zachodzi w równym tempie. Równowaga ta leży u podstaw wielu procesów naturalnych i technologicznych, od próchnicy zębów po oczyszczanie wody. Zrozumienie czynników wpływających na rozpuszczalność związków jest zatem niezbędne do skutecznego zarządzania tymi procesami. W tej sekcji zastosowano wcześniej wprowadzone koncepcje i narzędzia równowagi do systemów obejmujących rozpuszczanie i wytrącanie.

Produkt rozpuszczalności

Przypomnijmy, że rozpuszczalność substancji może wahać się od zasadniczo zera (nierozpuszczalna lub trudno rozpuszczalna) do nieskończoności (mieszalna). Substancja rozpuszczona o skończonej rozpuszczalności może dawać nasycony roztwór, gdy zostanie dodana do rozpuszczalnika w ilości przekraczającej jego rozpuszczalność, w wyniku czego powstanie niejednorodna mieszanina nasyconego roztworu i nadmiaru, nierozpuszczonej substancji rozpuszczonej. Na przykład nasycony roztwór chlorku srebra to taki, w którym ustalono równowagę pokazaną poniżej.

W tym roztworze nadmiar stałego AgCl rozpuszcza się i dysocjuje, tworząc wodne jony Ag⁺ i Cl^– w tej samej szybkości, z jaką te wodne jony łączą się i wytrącają, tworząc stały AgCl. Ponieważ chlorek srebra jest solą trudno rozpuszczalną, stężenie równowagowe jego rozpuszczonych jonów w roztworze jest stosunkowo niskie.

Stała równowagi dla równowag rozpuszczalności, takich jak ta, nazywana jest w tym przypadku stałą iloczynu rozpuszczalności, K_sp

Przypomnijmy, że tylko gazy i substancje rozpuszczone są reprezentowane w wyrażeniach stałych równowagi, więc K_sp nie zawiera terminu dla nierozpuszczonego AgCl.

K_sp i rozpuszczalność

K_sp słabo rozpuszczalnego związku jonowego można po prostu odnieść do jego zmierzonej rozpuszczalności, pod warunkiem, że proces rozpuszczania obejmuje tylko dysocjację i solwatację, na przykład:

W takich przypadkach można wyprowadzić wartości K_sp z podanych rozpuszczalności lub odwrotnie. Obliczenia tego rodzaju najwygodniej wykonuje się przy użyciu rozpuszczalności molowej związku, mierzonej jako mole rozpuszczonej substancji rozpuszczonej na litr nasyconego roztworu.

Przewidywanie opadów

Równanie opisujące równowagę między stałym węglanem wapnia a jego solwatowanymi jonami to:

Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że równowaga ta jest ustalana w każdym roztworze wodnym zawierającym jony^Ca2+ i CO₃^2–, a nie tylko w roztworze powstałym przez nasycenie wody węglanem wapnia. Rozważmy na przykład mieszanie wodnych roztworów rozpuszczalnych związków węglanu sodu i azotanu wapnia. Jeżeli stężenia jonów wapnia i węglanów w mieszaninie nie dają ilorazu reakcji, Q, który przekracza produkt rozpuszczalności, K_sp, wówczas nie wystąpi wytrącanie. Jeśli stężenia jonów dają iloraz reakcji większy niż produkt rozpuszczalności, wówczas nastąpi wytrącanie, obniżając te stężenia aż do ustalenia równowagi (Q = K_sp). Porównanie Q do K_sp w celu przewidywania opadów atmosferycznych jest przykładem ogólnego podejścia do przewidywania kierunku reakcji, wprowadzonego po raz pierwszy w lekcjach o równowadze. Dla szczególnego przypadku równowagi rozpuszczalności:

Q < K_sp: reakcja przebiega w kierunku do przodu (roztwór nie jest nasycony; nie obserwuje się wytrącania)

Q > K_sp: reakcja przebiega w odwrotnym kierunku (roztwór jest przesycony; nastąpi wytrącanie)

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 15.1: Wytrącanie i rozpuszczanie.