Back to chapter

16.10:

Oplosbaarheidsproduct

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

Natriumchloride wordt als oplosbaar beschouwd omdat grote hoeveelheden ervan zullen oplossen in water, maar wanneer loodchloride aan water wordt toegevoegd, lost slechts een kleine hoeveelheid op, terwijl de rest onoplosbaar blijft. De onopgeloste vaste stof bestaat naast de lood-en chloride-ionen die in de oplossing zijn. Een deel van het vaste loodchloride blijft oplossen, terwijl een deel van de ionen in de oplossing recombineert om een neerslag te vormen.Wanneer de oplossnelheid gelijk is aan de neerslagsnelheid, wordt een oplosbaarheidsevenwicht tot stand gebracht. De evenwichtsconstante kan worden berekend uit de evenwichtsconcentraties van de ionen volgens de oplossingsreactie waarbij loodchloride dissocieert in één lood en twee chloride-ionen. De evenwichtsconstante wordt dus gegeven door de molaire concentratie van loodionen vermenigvuldigd met het kwadraat van de molaire concentratie van chloride-ionen.Omdat de concentratie van het vaste loodchloride constant blijft, wordt het buiten de berekening gehouden. Deze evenwichtsconstante wordt het oplosbaarheidsproduct genoemd, aangeduid met Ksp. Bij 25 graden Celsius is de Ksp van loodchloride 1, 17 10⁻⁵.De waarde van Ksp staat voor de mate waarin een verbinding kan oplossen om een verzadigde waterige oplossing te vormen. Bij een bepaalde temperatuur is de Ksp van een verbinding constant. De oplosbaarheid van een verbinding in mol per liter, bekend als de molaire oplosbaarheid, wordt vaak gebruikt om de concentratie van de opgeloste vaste stof in een verzadigde oplossing uit te drukken.De oplosbaarheid van een verbinding kan variëren afhankelijk van factoren, zoals de pH van de oplossing en of er andere ionen aanwezig zijn. De molaire oplosbaarheid van een verbinding, x, kan worden berekend uit zijn Ksp met behulp van een ICE-tabel. De beginconcentraties van loodionen en chloride-ionen in de oplossing zijn nul.Bij evenwicht wordt de molaire concentratie van loodionen weergegeven door x, terwijl die van chloride-ionen 2x is. Door het oplosbaarheidsproduct te vervangen in de evenwichtsuitdrukking voor loodchloride, vinden we dat het gelijk is aan x maal 2x², wat gelijk is aan 4x³. Omdat de Ksp voor loodchloride 1, 17 10⁻⁵ is, is x opgelost 1, 43 10⁻² molair.Voor verbindingen die dezelfde dissociatiestoichiometrie hebben, zoals loodchloride en calciumfluoride, waarbij 1 mol van elke verbinding 3 mol opgeloste ionen oplevert, kunnen de respectievelijke Ksp-waarden direct worden gebruikt om hun relatieve oplosbaarheid te vergelijken.

16.10:

Oplosbaarheidsproduct

Solubility equilibria are established when the dissolution and precipitation of a solute species occur at equal rates. These equilibria underlie many natural and technological processes, ranging from tooth decay to water purification. An understanding of the factors affecting compound solubility is, therefore, essential to the effective management of these processes. This section applies previously introduced equilibrium concepts and tools to systems involving dissolution and precipitation.

The Solubility Product

Recall that the solubility of a substance can vary from essentially zero (insoluble or sparingly soluble) to infinity (miscible). A solute with finite solubility can yield a saturated solution when it is added to a solvent in an amount exceeding its solubility, resulting in a heterogeneous mixture of the saturated solution and the excess, undissolved solute. For example, a saturated solution of silver chloride is one in which the equilibrium shown below has been established.

Eq1

In this solution, an excess of solid AgCl dissolves and dissociates to produce aqueous Ag+ and Cl ions at the same rate that these aqueous ions combine and precipitate to form solid AgCl. Because silver chloride is a sparingly soluble salt, the equilibrium concentration of its dissolved ions in the solution is relatively low.

The equilibrium constant for solubility equilibria such as this one is called the solubility product constant, Ksp, in this case

Eq2

Recall that only gases and solutes are represented in equilibrium constant expressions, so the Ksp does not include a term for the undissolved AgCl.

Ksp and Solubility

The Ksp of a slightly soluble ionic compound may be simply related to its measured solubility provided the dissolution process involves only dissociation and solvation, for example:

Eq3

For cases such as these, one may derive Ksp values from provided solubilities, or vice-versa. Calculations of this sort are most conveniently performed using a compound’s molar solubility, measured as moles of dissolved solute per liter of saturated solution.

Predicting Precipitation

The equation that describes the equilibrium between solid calcium carbonate and its solvated ions is:

Eq4

It is important to realize that this equilibrium is established in any aqueous solution containing Ca2+ and CO32– ions, not just in a solution formed by saturating water with calcium carbonate. Consider, for example, mixing aqueous solutions of the soluble compounds sodium carbonate and calcium nitrate. If the concentrations of calcium and carbonate ions in the mixture do not yield a reaction quotient, Q, that exceeds the solubility product, Ksp, then no precipitation will occur. If the ion concentrations yield a reaction quotient greater than the solubility product, then precipitation will occur, lowering those concentrations until equilibrium is established (Q = Ksp). The comparison of Q to Ksp to predict precipitation is an example of the general approach to predicting the direction of a reaction first introduced in the lessons on equilibrium. For the specific case of solubility equilibria:

Q < Ksp: the reaction proceeds in the forward direction (the solution is not saturated; no precipitation observed)

Q > Ksp: the reaction proceeds in the reverse direction (the solution is supersaturated; precipitation will occur)

This text is adapted from 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.