16.13: Wytrącanie jonów

Precipitation of Ions
JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Precipitation of Ions
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

27,196 Views

03:11 min
September 24, 2020

Przewidywanie opadów

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

Eq1

Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że równowaga ta jest ustalana w każdym roztworze wodnym zawierającym jonyCa2+ i CO32–, 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, Ksp, 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 = Ksp). Porównanie Q do Ksp w celu przewidywania opadów atmosferycznych jest przykładem ogólnego podejścia do przewidywania kierunku reakcji. Dla szczególnego przypadku równowagi rozpuszczalności:

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

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

W roztworach zawierających dwa lub więcej jonów, które mogą tworzyć nierozpuszczalne związki o tym samym przeciwjonie, można zastosować strategię eksperymentalną zwaną selektywnym wytrącaniem w celu usunięcia pojedynczych jonów z roztworu. Zwiększając stężenie przeciwjonów w kontrolowany sposób, jony w roztworze mogą być wytrącane pojedynczo, przy założeniu, że ich rozpuszczalności w związkach są odpowiednio różne. W roztworach o równych stężeniach jonów docelowych jon tworzący najmniej rozpuszczalny związek wytrąca się jako pierwszy (przy najniższym stężeniu przeciwjonu). Pozostałe jony następnie wytrącają się, gdy osiągane są rozpuszczalności ich związku.

Wytrącanie halogenków srebra

Roztwór zawiera 0,00010 mola KBr i 0,10 mola KCl na litr. AgNO3 jest stopniowo dodawany do tego roztworu. Co tworzy pierwsze, stałe AgBr czy stałe AgCl?

Dwie zaangażowane równowagi to:

Eq2

Gdyby roztwór zawierał mniej więcej równe stężenia Cl i Br, wówczas sól srebra z mniejszym Ksp (AgBr) wytrąciłaby się jako pierwsza. Stężenia nie są jednak równe, więc należy obliczyć [Ag+], przy którym AgCl zaczyna się wytrącać, i [Ag+], przy którym AgBr zaczyna się wytrącać. Sól, która tworzy się w dolnym [Ag+], wytrąca się jako pierwsza.

AgBr wytrąca się, gdy Q = Ksp dla AgBr

Eq3

AgBr zaczyna się wytrącać, gdy [Ag+] wynosi 5,0 × 10−9 M.

Dla AgCl:

AgCl wytrąca się, gdy Q jest równe Ksp dla AgCl (1,6 × 10-10). Gdy [Cl] = 0,10 M:

Eq4

AgCl zaczyna się wytrącać, gdy [Ag+] wynosi 1,6 × 10-9 M.

AgCl zaczyna się wytrącać przy niższym [Ag+] niż AgBr, więc AgCl zaczyna się wytrącać jako pierwszy. Należy zauważyć, że stężenie jonów chlorkowych w początkowej mieszaninie było znacznie większe niż stężenie jonów bromkowych, a więc chlorek srebra wytrącił się jako pierwszy, mimo że miał Ksp większy niż bromek srebra.

Ten tekst jest adaptacją z Openstax, Chemia 2e, Rozdział 15.1: Wytrącanie i rozpuszczanie.