4.7: Растворимость ионных соединений

Растворимость — это мера максимального количества растворённого вещества, которое может быть растворено в заданном количестве растворителя при заданной температуре и давлении. Растворимость обычно измеряется в молярности (М) или молях на литр (моль/л). Вещество называется растворимым, если оно растворяется в воде.

Когда растворимые соли растворяются в воде, ионы в твердом веществе разделяются и равномерно распределяются по всей раствор; этот процесс представляет собой физическое изменение, известное как диссоциация. Хлорид калия (KCl) является примером растворимой соли. При добавлении твердого KCl в воду положительный (водородный) конец молекул полярной воды притягивается к отрицательным ионам хлорида, а отрицательные (кислородные) концы воды притягиваются к положительным ионам калия. Молекулы воды окружают отдельные ионы K⁺ и CL^-, уменьшая силу, связывающие ионы друг с другом, и позволяя им перейти в раствор в виде сольватированных ионов.  

Другим примером растворимой соли является нитрат серебра, AgNО₃, растворенный в воде как AG⁺ и NО₃^- ионы. Нитрат, NО₃^-, является полиатомным ионом, а в раствор он остается нетронутым как единое целое. В отличие от моноатомных ионов (K⁺, CL^-, AG⁺), которые содержат только один атом, полиатомные ионы представляют собой группу атомов, которые несут заряд (NО₃^-, SO4₂^-, NH₄⁺). Они остаются такими в раствор и не разделяются на отдельные атомы.  

Вещество называется нерастворимым, если оно не растворяется в воде. Однако в реальности “нерастворимые” соединения растворяются в некоторой степени, то есть менее 0.01 М.

В случае нерастворимых солей сильные межионные силы, связывающие ионы в твердом тверде, сильнее сил ион-диполя между отдельными ионами и молекулами воды. В результате, ионы остаются нетронутыми и не отделяются друг от друга. Таким образом, большая часть соединения остается нерастворенной в воде. Хлорид серебра (AgCl) является примером нерастворимой соли. Молекулы воды не могут преодолеть сильные интерионные силы, связывающиеионы AG⁺ и CL^-  вместе; таким образом, твердое тело остается нерастворенным.

Правила растворимости

Растворимость ионных соединений в воде зависит от типа ионов (катион и анион), образующих соединения. Например, AgNО₃ водорастворимый, но AgCl не растворим в воде. Растворимость соли можно предсказать, следуя набору эмпирических правил (перечисленных ниже), разработанных на основе наблюдений по многим ионным соединениям.

i) растворимы соединения, содержащие ионы аммония (NH₄⁺) и катионы щелочных металлов
ii) Все нитраты и ацетаты всегда растворимы.
iii) соединения хлора, бромида и йодида растворимы, за исключением соединений серебра, свинца и ртути(i)
iv) Все соли сульфата растворимы, за исключением их солей с серебром, свинцом, ртутью(i), барием, стронцием, и кальций
v) Все карбонаты, сульфиты и фосфаты нерастворимы, за исключением их солей с катинами аммония и щелочных металлов.
vi) Сульфиды и гидроксиды всех солей нерастворимы, за исключением их солей с катионами щелочных металлов, ионами аммония, кальцием, стронцием и барием.
vii) Все оксидные соединения нерастворимы, за исключением их соединений с кальцием, барием и катиями щелочных металлов.

Этот текст был адаптирован к OpenStax Химия 2е изд., раздел 11.2: Электролиты.

Растворимость растворенного вещества это его максимально возможная концентрация при равновесии растворимости в данном количестве растворителя. На растворимость влияют температура и другие физические условия. Вещества, растворяющиеся в воде, называются водорастворимыми.

Простое водорастворимое ионное соединение, такое как хлорид натрия, растворяется в воде, распадаясь на одноатомные ионы. В этом случае молекулам воды и ионам выгоднее взаимодействовать в растворе, чем ионам оставаться в упорядоченном твердом теле. Более сложное водорастворимое ионное соединение, такое как нитрат натрия, содержит ионы, состоящие из нескольких атомов, ковалентно связанных вместе, которые также называются многоатомными ионами.

Когда нитрат натрия растворяется, многоатомные нитрат-ионы не расщепляются на азот и кислород. Вместо этого ионы распределяются в растворе в виде целых единиц. Вещества, которые не растворяются в воде, называются водонерастворимыми.

Например, хлорид серебра представляет собой водонерастворимое ионное соединение. В этом случае ионам удобнее оставаться в упорядоченном твердом теле, чем взаимодействовать с водой и распределяться в растворе. Растворимость ионного соединения в воде зависит от ионной пары, составляющей соединение.

Химики сформулировали набор эмпирических рекомендаций для предсказания растворимости ионных соединений в воде. Исключения из этих правил редки. Все нитраты и ацетаты растворимы.

Точно так же растворимы все соединения аммония и щелочных металлов, кроме лития, как и почти все его соли. Сульфатные соединения растворимы, за исключением солей свинца, серебра и ртути запомните аббревиатуру ССР или фразу Сейчас Сам Разберусь, а также кроме стронция, бария и кальция. Запомните аббревиатуру СБК или фразу Сейчас Бы Кофе.

Все хлоридные, бромидные и йодидные соли растворимы, за исключением их солей с ССР свинцом, серебром и ртутью, а также медью(I)и таллием. Перейдем к нерастворимым соединениям сульфидам и гидроксидам, они нерастворимы, за исключением их солей, растворимых с щелочными металлами и барием. Кроме того, сульфид аммония растворим, а гидроксид стронция растворим при нагревании.

Точно так же нерастворимы карбонаты и фосфаты, за исключением их аммониевых солей и солей с щелочными металлами, кроме лития.