V chémii sa rozpustnosť používa na opis vlastností pevných zlúčenín, ktoré sa zmiešajú a úplne rozpustia v kvapaline bez toho, aby zanechali nerozpustné častice. Rozpustiť sa môžu iba ionizované (nabité) zlúčeniny. Pre pohodlie si môžete jednoducho zapamätať niekoľko pravidiel alebo sa obrátiť na zoznam a zistiť, či väčšina tuhých zlúčenín zostane vo vode tuhá, alebo sa rozpustí vo veľkých množstvách. V skutočnosti sa niektoré molekuly rozpustia, aj keď zmenu nevidíte. Aby experiment prebiehal s presnosťou, musíte vedieť, ako vypočítať rozpustené množstvo.
Krok
Metóda 1 z 2: Použitie rýchlych pravidiel
Krok 1. Študujte iónové zlúčeniny
Každý atóm má spravidla určitý počet elektrónov. Atómy však niekedy získavajú alebo strácajú elektróny. Výsledkom je a ión ktorý je elektricky nabitý. Keď sa záporne nabitý ión (s jedným elektrónom navyše) stretne s kladne nabitým iónom (stratí elektrón), dva ióny sa spoja dohromady ako kladný a záporný pól magnetu, čím vznikne iónová zlúčenina.
- Negatívne nabité ióny sa nazývajú anión, pričom sa nazýva kladne nabitý ión katión.
- Za normálnych okolností sa počet elektrónov rovná počtu protónov v atóme, čím sa neguje jeho elektrický náboj.
Krok 2. Pochopte tému rozpustnosti
Molekuly vody (H.2O) má neobvyklú štruktúru, ktorá je podobná magnetu. Jeden koniec má kladný náboj, zatiaľ čo druhý koniec je záporne nabitý. Keď je iónová zlúčenina umiestnená do vody, vodný „magnet“ju obklopí a pokúsi sa pritiahnuť a oddeliť kladné a záporné ióny. Väzby v niektorých iónových zlúčeninách nie sú príliš silné. Takáto zlúčenina rozpustné vo vode pretože voda ióny oddelí a rozpustí. Niektoré ďalšie zlúčeniny majú silnejšie väzby, takže nerozpustný vo vode napriek tomu, že je obklopený molekulami vody.
Rôzne ďalšie zlúčeniny majú vnútorné väzby, ktoré sú rovnako silné ako sila, ktorou molekuly priťahuje voda. Takéto zlúčeniny sa nazývajú málo rozpustný vo vode pretože veľká časť zlúčeniny je priťahovaná vodou, ale zvyšok je stále tavený.
Krok 3. Naučte sa pravidlá o rozpustnosti
Interatomické interakcie sú pomerne zložité. Zlúčeniny, ktoré sú rozpustné alebo nerozpustné vo vode, nemožno jednoducho intuitívne vidieť. Nájdite prvý ión v zlúčenine, ktorý máte hľadať v zozname nižšie, aby ste určili jeho správanie. Ďalej skontrolujte všetky výnimky, aby ste sa uistili, že druhý ión nemá žiadne neobvyklé interakcie.
- Napríklad na kontrolu chloridu strontnatého (SrCl2), v nižšie uvedených krokoch hľadajte Sr alebo Cl. Cl je „zvyčajne rozpustný vo vode“, takže výnimky skontrolujte v nasledujúcom. Sr nie je zahrnutý vo výnimke, takže SrCl2 určite rozpustný vo vode.
- Najbežnejšie výnimky z každého pravidla sú uvedené nižšie. Existuje niekoľko ďalších výnimiek, ale pravdepodobne sa nenájdu v triede laboratória alebo chémie všeobecne.
Krok 4. Zlúčeniny je možné rozpustiť, ak obsahujú alkalické kovy vrátane Li+, Na+, K.+, Rb+a Cs+.
Tieto prvky sú tiež známe ako prvky skupiny IA: lítium, sodík, draslík, rubídium a cézium. Takmer všetky zlúčeniny obsahujúce jeden z týchto iónov sú rozpustné vo vode.
-
Výnimka:
Li3PO4 nerozpustný vo vode.
Krok 5. NO. Zlúčeniny3-, C.2H3O2-, NIE2-, ClO3-a ClO4- rozpustný vo vode.
Ide o ióny dusičnany, octany, dusitany, chlorečnany a chloristany. Všimnite si toho, že acetát je často skrátený na OAC.
-
Výnimka:
Ag (OAc) (octan strieborný) a Hg (OAc)2 (octan ortuti) je nerozpustný vo vode.
- AgNO2- a KClO4- iba „málo rozpustné vo vode“.
Krok 6. Cl. Zlúčeniny-, Br-a ja- zvyčajne slabo rozpustný vo vode.
Chloridové, bromidové a jodidové ióny vždy tvoria vo vode rozpustné zlúčeniny nazývané halogenidové soli.
-
Výnimka:
Ak jeden z týchto iónov viaže strieborný ión Ag+ortuť Hg22+alebo viesť Pb2+, výsledná zlúčenina je nerozpustná vo vode. To isté platí pre menej bežnú zlúčeninu, konkrétne pre pár Cu+ a tália Tl+.
Krok 7. Zlúčeniny obsahujúce SO42- všeobecne rozpustný vo vode.
Sulfátový ión obvykle tvorí vo vode rozpustné zlúčeniny, existujú však určité výnimky.
-
Výnimka:
Sulfátový ión tvorí vo vode nerozpustné zlúčeniny s: stroncium Sr2+, bárium Ba2+, viesť Pb2+, striebro Ag+, vápnik Ca2+rádium Ra2+a diatomické striebro Ag22+. Síran strieborný a síran vápenatý sú dostatočne rozpustné, takže ich niektorí nazývajú mierne rozpustné vo vode.
Krok 8. Zlúčeniny obsahujúce OH- alebo S.2- nerozpustný vo vode.
Ióny uvedené vyššie sú pomenované hydroxid a sulfid.
-
Výnimka:
Pamätáte si na alkalické kovy (skupiny I-A) a na to, ako ľahko ióny z prvkov v týchto skupinách tvoria vo vode rozpustné zlúčeniny? Li+, Na+, K.+, Rb+a Cs+ bude vytvárať vo vode rozpustné zlúčeniny s hydroxidovými alebo sulfidovými iónmi. Hydroxidy navyše tvoria vo vode rozpustné soli s iónmi alkalických zemín (skupina II-A): vápnik vápenatý2+, stroncium Sr2+a bária Ba2+. Všimnite si toho, že zlúčeniny vyrábané z hydroxidov a alkalických zemín majú stále dostatok navzájom spojených molekúl, ktoré sa niekedy nazývajú „slabo rozpustné vo vode“.
Krok 9. Zlúčeniny obsahujúce CO32- alebo PO43- nerozpustný vo vode.
Ešte jedna kontrola na uhličitanové a fosfátové ióny. Už by ste mali vedieť, čo sa stane so zlúčeninou iónov.
-
Výnimka:
Tieto ióny tvoria vo vode rozpustné zlúčeniny s alkalickými kovmi, konkrétne s Li+, Na+, K.+, Rb+a Cs+rovnako ako amoniak NH4+.
Metóda 2 z 2: Výpočet rozpustnosti pomocou Ksp
Krok 1. Nájdite konštantu rozpustnosti produktu Ksp.
Každá zlúčenina má inú konštantu, budete si ju musieť vyhľadať v tabuľke v učebnici alebo online. Pretože sú hodnoty určené experimentálne, rôzne tabuľky môžu zobrazovať rôzne konštanty. Dôrazne sa odporúča použiť tabuľky v učebnici, ak ich máte. Pokiaľ nie je uvedené inak, väčšina tabuliek predpokladá, že teplota je 25 ° C.
Ak je napríklad rozpustený jodid olovnatý PbI2, napíšte konštantu rozpustnosti produktu. Pri odkazovaní na tabuľku na bilbo.chm.uri.edu použite konštantu 7, 1 × 10–9.
Krok 2. Napíšte chemickú rovnicu
Najprv určte postup, pomocou ktorého sa zlúčenina po rozpustení oddelí na ióny. Potom napíšte chemickú rovnicu s Ksp na jednej strane a základné ióny na strane druhej.
- Napríklad molekula PbI2 rozdelené na ióny Pb2+, Ja-a ja. ióny-. (Náboj musíte poznať alebo hľadať iba na jednom ióne, pretože zlúčenina ako celok má neutrálny náboj.)
- Napíšte rovnicu 7, 1 × 10–9 = [Pb2+] [Ja-]2
Krok 3. Ak chcete použiť premennú, zmeňte rovnicu
Prepíšte rovnicu ako jednoduchý algebraický problém pomocou znalosti počtu molekúl a iónov. V tejto rovnici x je počet rozpustných zlúčenín. Prepíšte premenné, ktoré predstavujú počet každého iónu, vo forme x.
- V tomto prípade sa rovnica prepíše ako 7, 1 × 10–9 = [Pb2+] [Ja-]2
- Pretože existuje jeden olovený ión (Pb2+) v zlúčenine je počet molekúl rozpustenej zlúčeniny rovný počtu voľných iónov olova. Teraz môžeme písať [Pb2+] proti x.
- Pretože existujú dva ióny jódu (I.-) pre každý ión olova môže byť počet atómov jódu zapísaný ako 2x.
- Teraz je rovnica 7, 1 × 10–9 = (x) (2x)2
Krok 4. Zoberte do úvahy ďalšie ióny, ktoré sú normálne prítomné, ak je to možné
Ak je zlúčenina rozpustená v čistej vode, tento krok vynechajte. Keď je zlúčenina rozpustená v roztoku, ktorý už obsahuje jeden alebo viac základných iónov („bežné ióny“), jej rozpustnosť sa výrazne zvýši. Všeobecný iónový efekt je najlepšie vidieť na zlúčeninách, ktoré sú do značnej miery nerozpustné vo vode. V tomto prípade je možné predpokladať, že väčšina iónov v rovnováhe pochádza z iónov už prítomných v roztoku. Prepíšte rovnicu reakcie tak, aby zahŕňala známu molárnu koncentráciu (móly na liter alebo M) iónu už prítomného v roztoku, čím nahradíte hodnotu x použitú pre ión.
Napríklad, ak je zlúčenina jodid olovnatý rozpustený v roztoku obsahujúcom 0,2 M chlorid olovnatý (PbCl2) potom bude rovnica 7, 1 × 10–9 = (0, 2M+x) (2x)2. Potom, pretože 0,2 M je koncentrovanejšia koncentrácia ako x, rovnicu je možné prepísať ako 7,1 × 10–9 = (0, 2M) (2x)2.
Krok 5. Vyriešte rovnicu
Vyriešte x, aby ste zistili, ako je zlúčenina rozpustná vo vode. Pretože konštanta rozpustnosti už bola stanovená, odpoveď je v zmysle počtu mólov zlúčeniny rozpustenej v litri vody. Na výpočet konečnej odpovede budete možno potrebovať kalkulačku.
- Nasledujúca odpoveď je na rozpustnosť v čistej vode bez bežných iónov.
- 7, 1×10–9 = (x) (2x)2
- 7, 1×10–9 = (x) (4x2)
- 7, 1×10–9 = 4x3
- (7, 1×10–9) 4 = x3
- x = ((7, 1 × 10–9) ÷ 4)
- x = 1, 2 x 10-3 krtky na liter sa rozpustia. Toto množstvo je také malé, že je v podstate nerozpustné vo vode.
