Back to chapter

16.11:

Factoren die de Oplosbaarheid Beïnvloeden

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

Languages

Share

De oplosbaarheid van een ionische verbinding kan variëren afhankelijk van andere opgeloste stoffen die in de oplossing aanwezig zijn. De opgeloste stof kan een ion zijn dat de verbinding gemeenschappelijk heeft, of een zuur of base. Twee belangrijke factoren die de oplosbaarheid beïnvloeden, zijn dus het gemeenschappelijke ioneffect en de pH van een oplossing.Als lood(II)chloride wordt toegevoegd aan een oplossing van natriumchloride, zullen beide zouten ioniseren in het water, waarbij natrium-en loodkationen worden geproduceerd en het gewone anion, chloride. Omdat de chloride-ionen in oplossing afkomstig zijn van zowel de volledige ionisatie van natriumchloride en de gedeeltelijke ionisatie van lood chloride, zou hun concentratie hoger zijn dan die van de natriumionen of de loodionen. Ter compensatie verschuift het evenwicht tussen het vaste lood(II)chloride en zijn ionen in oplossing naar het niet-gedissocieerde zout, waardoor meer lood(II)chloride onopgelost blijft.De aanwezigheid van een gemeenschappelijk ion vermindert dus de oplosbaarheid van een slecht oplosbare stof. Zo kan bijvoorbeeld de molaire oplosbaarheid x van lood(II)chloride in een 0, 100 molaire natriumchloride-oplossing worden berekend uit de ICE-tabel. De beginconcentratie van lood(II)ionen in de oplossing is nul, terwijl chloride 0, 100 molair is.Elk molecuul lood(II)chloride zal dissociëren in één lood en twee chloride-ionen. De verandering in de concentratie van loodionen zal dus x zijn en die van chloride zal 2x zijn. De evenwichtsconcentratie van loodionen is x, maar voor de chloride-ionen is dit de som van 2x en 0, 100.Bij 25 graden Celsius is de waarde van Ksp voor lood(II)chloride 1, 17 10⁻⁵, en de evenwichtsuitdrukking is het product van de evenwichtsconcentraties van lood-en chloride-ionen, dat is x maal het kwadraat van Omdat de Ksp klein is, is 2x veel kleiner dan 0, 100 molair en kan hun som worden benaderd tot 0, 100 molair. Substitueren in de uitdrukking geeft 1, 17 10⁻⁵ is gelijk aan x maal 0, 100 molair in het kwadraat. Als we x oplossen, is de molaire oplosbaarheid van lood(II)chloride in 0, 100 molaire natriumchloride-oplossing 1, 17 10⁻³ molair.Vergeleken met de molaire oplosbaarheid van lood(II)chloride in water, die 1, 43 10⁻² molair is, verlaagt het gewone ion de oplosbaarheid van lood(II)chloride 12 maal. De oplosbaarheid van een verbinding kan ook worden beïnvloed door de pH van de oplossing. Denk aan de gedeeltelijke dissociatie van calciumhydroxide in calciumionen en hydroxide.Als de pH wordt verhoogd, bijvoorbeeld door kaliumhydroxide toe te voegen, verlaagt het gewone hydroxide-ion de oplosbaarheid van calciumhydroxide. Omgekeerd, als de pH wordt verlaagd, bijvoorbeeld door zoutzuur toe te voegen, zullen de protonen zich combineren met hydroxide-ionen, waardoor de concentratie van hydroxide-ionen in oplossing wordt verlaagd. Het oplosbaarheidsevenwicht van calciumhydroxide zou dan verschuiven naar de producten, wat leidt tot een verhoogde oplosbaarheid in een zure oplossing.

16.11:

Factoren die de Oplosbaarheid Beïnvloeden

Compared with pure water, the solubility of an ionic compound is less in aqueous solutions containing a common ion (one also produced by dissolution of the ionic compound). This is an example of a phenomenon known as the common ion effect, which is a consequence of the law of mass action that may be explained using Le Chȃtelier’s principle. Consider the dissolution of silver iodide:

Eq1

This solubility equilibrium may be shifted left by the addition of either silver or iodide ions, resulting in the precipitation of AgI and lowered concentrations of dissolved Ag+ and I. In solutions that already contain either of these ions, less AgI may be dissolved than in solutions without these ions.

This effect may also be explained in terms of mass action as represented in the solubility product expression:

Eq2

The mathematical product of silver and iodide ion molarities is constant in an equilibrium mixture regardless of the source of the ions, and so an increase in one ion’s concentration must be balanced by a proportional decrease in the other.

The Role of Precipitation in Wastewater Treatment

Solubility equilibria are useful tools in the treatment of wastewater carried out in facilities that may treat the municipal water in a city or town. Specifically, selective precipitation is used to remove contaminants from wastewater before it is released back into natural bodies of water. For example, phosphate ions (PO43−) are often present in the water discharged from manufacturing facilities. An abundance of phosphate causes excess algae to grow, which impacts the amount of oxygen available for marine life as well as making the water unsuitable for human consumption.

One common way to remove phosphates from water is by the addition of calcium hydroxide, or lime, Ca(OH)2. As the water is made more basic, the calcium ions react with phosphate ions to produce hydroxylapatite, Ca5(PO4)3·OH, which then precipitates out of the solution:

Eq3

Because the amount of calcium ion added does not result in exceeding the solubility products for other calcium salts, the anions of those salts remain behind in the wastewater. The precipitate is then removed by filtration, and the water is brought back to a neutral pH by the addition of CO2 in a recarbonation process. Other chemicals can also be used for the removal of phosphates by precipitation, including iron(III) chloride and aluminum sulfate.

 This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 15.1: Precipitation and Dissolution.

Suggested Reading

  1. Koubek, E. "Demonstration of the Common Ion Effect." Journal of chemical education 70, no. 2 (1993): 155.
  2. Amaral, L. F., I. R. Oliveira, R. Salomão, E. Frollini, and V. C. Pandolfelli. "Temperature and common-ion effect on magnesium oxide (MgO) hydration." Ceramics International 36, no. 3 (2010): 1047-1054.
  3. Cassens, Jan, Anke Prudic, Feelly Ruether, and Gabriele Sadowski. "Solubility of pharmaceuticals and their salts as a function of pH." Industrial & Engineering Chemistry Research 52, no. 7 (2013): 2721-2731.