Back to chapter

16.10:

توازنات الذوبان

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Solubility Equilibria

Languages

Share

يُعتبر كلوريد الصوديوم قابل للذوبان لأن كميات كبيرة منه تتفكك في الماء،لكن عند إضافة كلوريد الرصاص إلى الماء،فلا تذوب سوى كمية صغيرة منه أما البقية فلا تذوب. تتواجد المادة الصلبة غير المذابة،في الوقت ذاته،مع أيونات الرصاص والكلوريد الموجودة في المحلول. يستمر بعض كلوريد الرصاص الصلب في الذوبان،فيما تتحد بعض الأيونات في المحلول من جديد لتشكل راسبًا.عندما يتساوى معدل التفكك مع معدل الترسب،يتحقق التوازن في الذائبية. يمكن حساب ثابت التوازن من توازن تركيزات الأيونات،وفقًا لتفاعل التفكك حيث يتفكك كلوريد الرصاص إلى أيون رصاص وأيوني كلوريد. لذا فإن قيمة ثابت التوازن تُعطى من التركيز المولي للرصاص مضروبًا بمربع التركيز المولي لأيونات الكلوريد.لأن تركيز كلوريد الرصاص الصلب يبقى ثابتًا،فإنه يُستثنى من العمليةالحسابية. يُسمى ثابت التوازن منتج الذائبية،ويشار إليه بالرمز Ksp. عند درجة حرارة 25 مئوية،تكون قيمة Ksp لكلوريد الرصاص 1.17 10⁻⁵.تمثل قيمة Ksp مدى قدرة مركب على الذوبان لتكوين محلول مائي مشبع. عند درجة حرارة معينة،تثبت قيمة Ksp لمركب ما. غالبًا ما تُستخدم ذائبية مركب بالمولات لكل لتر،والتي تُعرف بالذائبية المولية،تستخدم عادةًللتعبير عن تركيز المادة الصلبةالمذابة في محلول مشبع.قد تتفاوت ذائبية مركب ما وفقًا لعوامل مثل درجة pH للمحلول و اذا كان هناك أيونات أخرى. الذائبية المولية لمركب x،يمكن حسابها من قيمة Ksp للمركب وجدول مراقبة التغير ICE. التركيز الأولي لأيونات الرصاص وأيونات الكلوريد في المحلول يساوي صفر.عند التوازن،يتم تمثيل التركيز المولي لأيونات الرصاص بالرمز x،والتركيز المولي لأيونات الكلوريد بالرمز 2x. باستبدال القيم في معادلة التوازن،فإن منتج الذائبية لكلوريد الرصاص يساوي x مضروبة في 2x²،ويساوي 4x³. بما أن قيمة Ksp لكلوريد الرصاص هي 1.17 10⁻⁵،تكون قيمة x هي 1.43 10-² مولار.بالنسبة للمركبات ذات التحادية العناصر المتشابهة عند التفكك،مثل كلوريد الرصاص وفلوريد الكالسيوم،حيث يُنتج مول واحد من كل مركب ثلاثة مولات من الأيونات المذابة،يمكن استخدام قيم Ksp لكل منها مباشرة لمقارنة ذائبيتها النسبية.

16.10:

توازنات الذوبان

يتم إنشاء توازن الذوبان عندما يحدث انحلال وترسيب الأنواع المذابة بمعدلات متساوية. تكمن هذه التوازن في العديد من العمليات الطبيعية والتكنولوجية، بدءاً من تسوس الأسنان إلى تنقية المياه. وبالتالي، فإن فهم العوامل التي تؤثر على قابلية الذوبان المركب ، ضروري للإدارة الفعالة لهذه العمليات. يطبق هذا القسم مفاهيم وأدوات التوازن التي تم تقديمها سابقاً على الأنظمة التي تتضمن الذوبان والترسيب.

منتج الذوبان

تذكر أن قابلية ذوبان المادة يمكن أن تختلف من صفر أساساً (غير قابل للذوبان أو قليل الذوبان) إلى ما لا نهاية (الامتزاج). يمكن أن ينتج المذاب ذو الذوبان المحدود محلول مشبع عند إضافته إلى مذيب بكمية تزيد عن قابليته للذوبان، مما ينتج عنه خليط غير متجانس من المحلول المشبع والكمّية الزائدة غير المذابة من المذاب. على سبيل المثال، المحلول المشبع من كلوريد الفضة هو المحلول الذي تم فيه تحقيق التوازن الموضح أدناه.

Eq1

في هذا المحلول، يذوب الفائض من AgCl الصلب ويتفكك لإنتاج أيونات مائية Ag+ و Cl بنفس المعدل الذي تتحد فيه هذه الأيونات المائية وترسب لتشكيل AgCl الصلبة. نظرًا لأن كلوريد الفضة هو ملح قليل الذوبان، فإن تركيز الأيونات الذائبة في المحلول يكون منخفضًا نسبيًا.

يسمى ثابت التوازن لتوازن الذوبان مثل هذا ثابت منتج الذوبان ، Ksp، في هذه الحالة

Eq2

تذكر أنه يتم تمثيل الغازات والمذابات فقط في التعبيرات الثابتة للتوازن، لذلك لا يتضمن Ksp مصطلحًا لـ AgCl غير المحلول.

< Ksp والذوبان

قد يرتبط Ksp لمركب أيوني قليل الذوبان ببساطة بقابلية الذوبان المقاسة بشرط أن تتضمن عملية الذوبان فقط التفكك والذوبان ، على سبيل المثال:

Eq3

في مثل هذه الحالات، قد يشتق المرء قيم Ksp من قابلية الذوبان المتوفرة، أو العكس. يتم إجراء الحسابات من هذا النوع بشكل أكثر ملاءمة باستخدام قابلية الذوبان المولارية للمركب’، والتي يتم قياسها على أنها مولات المذاب المنحلّة لكل لتر من المحلول المشبع.

توقع هطول الأمطار

المعادلة التي تصف التوازن بين كربونات الكالسيوم الصلبة وأيوناتها المنحلة هي:

Eq4

من المهم أن ندرك أن هذا التوازن يتم إنشاؤه في أي محلول مائي يحتوي على أيونات Ca2+ و CO32–، ليس فقط في محلول يتكون من تشبع الماء بكربونات الكالسيوم. ضع في اعتبارك، على سبيل المثال، خلط المحاليل المائية للمركبات القابلة للذوبان كربونات الصوديوم ونترات الكالسيوم. إذا كانت تركيزات أيونات الكالسيوم والكربونات في الخليط لا تنتج حاصل تفاعل، Q، الذي يتجاوز منتج الذوبان، Ksp، فإنه لن يحدث ترسيب. إذا أسفرت تركيزات الأيونات عن ناتج تفاعل أكبر من منتج قابلية الذوبان، فسيحدث الترسيب، مما يؤدي إلى خفض تلك التركيزات حتى يتحقق التوازن (Q = Ksp). تعد مقارنة Q بـ Ksp للتنبؤ بالترسيب مثالاً على النهج العام لتوقع اتجاه التفاعل الذي تم تقديمه لأول مرة في الدروس على التوازن. بالنسبة للحالة المحددة لتوازن الذوبان:

س & # 60 ؛ K sp : يستمر التفاعل في الاتجاه الأمامي (المحلول ليس مشبعًا ، ولم يلاحظ هطول)

Q < Ksp: يستمر التفاعل في الاتجاه العكسي (المحلول مفرط التشبع؛ سيحدث الترسيب)

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 15.1: Precipitation and Dissolution.

Suggested Reading

  1. Clifford, A. F. "The Prediction of Solubility Product Constants1." Journal of the American Chemical Society 79, no. 20 (1957): 5404-5407.
  2. Hill, Arthur E. "The Inconstancy Of The Solubility Product." Journal of the American Chemical Society 32, no. 10 (1910): 1186-1193.
  3. Reynolds, John P. "Ksp experiment: The solubility product for barium hydroxide." Journal of Chemical Education 52, no. 8 (1975): 521.