16.11: Факторы, влияющие на растворимость

По сравнению с чистой водой растворимость ионного соединения меньше в водных растворах, содержащих общий ион (который также образуется при растворении ионного соединения). Это пример явления, известного как общий ион-эффект, который является следствием закона массового действия, который можно объяснить с помощью принципа Le Chȃtelier. Рассмотрим растворение йодида серебра:

Это равновесие растворимости может быть смещено влево за счет добавления ионов серебра или йодида, что приведет к осадкам AGI и снижению концентраций растворенных AG⁺ и I^–. В растворах, которые уже содержат один из этих ионов, меньше AGI может быть растворено, чем в растворах без этих ионов.

Этот эффект также можно объяснить в терминах массового действия, как показано в выражении продукта растворимости:

Математическое произведение серебряных и иодид ионных благотворительности является постоянным в равновесной смеси независимо от источника ионов, поэтому увеличение концентрации одного иона должно быть сбалансировано пропорциональным уменьшением другого.

Роль осадков в очистке сточных вод

Равновесие растворимости — это полезные инструменты для очистки сточных вод, которые могут использоваться в городских или городских водоемах. В частности, селективные осадки используются для удаления загрязняющих веществ из сточных вод до их возвращения в природные водоемы. Например, ионы фосфата (PO4₃⁾ часто присутствуют в воде, сбрасываемых с производственных объектов. Обилие фосфатов вызывает рост избытка водорослей, что влияет на количество кислорода, доступного для морской жизни, а также делает воду непригодной для потребления человеком.

Одним из распространенных способов удаления фосфатов из воды является добавление гидроксида кальция, или извести, Ca(OH)₂. По мере того как вода становится более базовой, ионы кальция вступают в реакцию с ионами фосфатов для получения гидроксилапатита CA₅(PO₄)₃·OH, который затем выпадает из раствор:

Поскольку количество добавляемого ионов кальция не приводит к превышению растворимых продуктов для других солей кальция, анионы этих солей остаются в сточных водах. После этого осадок удаляется фильтрацией, и вода возвращается к нейтральному рН путем добавления CO₂ в процесс очистки. Другие химические вещества могут также использоваться для удаления фосфатов осадками, включая хлорид железа(III) и сульфат алюминия.

 Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 15.1: Осадки и растворение.

Растворимость ионного соединения может варьироваться в зависимости от других растворенных веществ, присутствующих в растворе. Растворенное вещество может быть общим ионом для соединения, кислотой или основанием. Таким образом, два основных фактора, влияющих на растворимость, это эффект общего иона и pH раствора.

Если к раствору хлорида натрия добавить хлорид свинца обе соли будут ионизироваться в воде с образованием катионов натрия и свинца, а также общего аниона хлорида. Поскольку ионы хлора в растворе возникают как в результате полной ионизации хлорида натрия, так и частичной ионизации хлорида свинца их концентрация будет выше, чем концентрация ионов натрия или свинца. Для компенсации равновесие между твердым хлоридом свинца и его ионами в растворе смещается в сторону недиссоциированной соли, в результате чего больше хлорида свинца остается нерастворенным.

Таким образом, присутствие общего иона снижает растворимость труднорастворимого вещества. Например, молярная растворимость, x, хлорида свинца в 0, 100 М растворе хлорида натрия может быть рассчитана из таблицы концентраций. Начальная концентрация ионов свинца в растворе равна нулю, а хлорида 0, 100 моль на литр.

Каждая молекула хлорида свинца распадается на один ион свинца и два иона хлорида. Таким образом, изменение концентрации ионов свинца будет x, а хлорида 2x. Равновесная концентрация ионов свинца будет равна x, но для ионов хлора она будет суммой 2x и 0, 100.

При 25 градусах Цельсия значение Ksp для хлорида свинца составляет 1, 17 10⁻⁵, а выражение равновесия представляет собой произведение равновесных концентраций ионов свинца и хлорида, которое в x раз больше квадрата Поскольку Ksp невелик, 2x намного меньше 0, 100 моль на литр, а их сумма может быть приближена к 0, 100 моль на литр. Подстановка в выражение дает 1, 17 10⁻⁵ равно x, умноженному на 0, 100 моль в квадрате. Если найти x, молярная растворимость хлорида свинца в 0, 100 М растворе хлорида натрия составляет 1, 17 10⁻³ моль на литр.

По сравнению с молярной растворимостью хлорида свинца в воде, которая составляет 1, 43 10⁻² моль на литр, общий ион снижает растворимость хлорида свинца в 12 раз. На растворимость соединения также может влиять pH раствора. Рассмотрим частичную диссоциацию гидроксида кальция на ионы и гидроксид кальция.

Если pH повышается, например, путем добавления гидроксида калия, общий гидроксид-ион снижает растворимость гидроксида кальция. И наоборот, если pH снижается, например, путем добавления соляной кислоты, протоны будут соединяться с гидроксид-ионами, снижая концентрацию гидроксид-ионов в растворе. Равновесие растворимости гидроксида кальция затем сместится в сторону продуктов, что приведет к повышенной растворимости в кислотном растворе.