2.7. Aktivnost za samostalno učenje – Produkt topljivosti

Produkt topljivosti

Topljivost tvari u vodi je različita, neke su tvari dobro topljive, a neke vrlo slabo. Podatci o topljivosti tvari mogu se naći u različitim tablicama.

Na mrežnom mjestu 1 možete naći konstante produkta topljivosti nekih soli. Iskustveno je poznato da su dobro topljive soli alkalijskih metala, primjerice, NaCl, Na2CrO4, Na2SO4.

U skupini dobro topljivih soli nalaze se nitrati, acetati i amonijeve soli, primjerice AgNO3, Ca(NO3)2, Pb(NO3)2, (CH3COO)2Ca, (CH3COO)2Cu kao i NH4Cl i (NH4)2SO4. Slabo topljive su mnoge karbonatne soli primjerice CaCO3 i CuCO3, sulfatne BaSO4 i SrSO4 i fosfatne Ca3(PO4)2.

Taloženjem slabo topljive soli nastaje heterogeni sustav u kojem je slabo topljiva čvrsta tvar u ravnoteži s ionima u otopini. Iako se za neke soli ili hidrokside kaže da su netopljivi, ipak se u vodi otapaju makar neznatno. U vodenoj se otopini uspostavlja dinamička ravnoteža kada se brzina otapanja izjednači s brzinom kristalizacije u zasićenoj otopini. Primjerice, u zasićenoj otopini srebrova klorida, AgCl postoji ravnoteža između srebrova klorida u čvrstom agregacijskom stanju i njegove zasićene otopine.

[latex]{\ce{AgCl(s)<=>[H2O]}}[/latex] [latex]{\ce{Ag^{+}(aq) + Cl^{-}(aq)}}[/latex]

Za konstantu navedene ravnoteže vrijedi izraz:

[latex]\mathit{K}=\frac{\lbrack Ag^+\rbrack \cdot \lbrack Cl^-\rbrack }{\lbrack AgCl\rbrack }[/latex]

Budući da je koncentracija čvrste tvari stalna, izveden je izraz za novu konstantu, konstantu produkta topljivosti, Ksp.

[latex]\mathit{K}_{sp}=\space \mathit{K}\cdot \lbrack AgCl\rbrack =\lbrack Ag^+\rbrack \cdot \lbrack Cl^-\rbrack [/latex]

[latex]\mathit{K}_{sp}=\space \lbrack Ag^+\rbrack \cdot \lbrack Cl^-\rbrack [/latex]

Množinske koncentracije iona odgovaraju ravnotežnim koncentracijama u zasićenoj otopini pri odgovarajućoj temperaturi. Kako se može izračunati konstanta produkta topljivosti srebrova klorida ako je poznata koncentracija srebrovih i kloridnih iona u zasićenoj vodenoj otopini i iznosi 1,56 × 10–5 mol dm–3?

[latex]\mathit{K}_{sp}=\space \lbrack Ag^+\rbrack \cdot \lbrack Cl^-\rbrack [/latex]

[latex]\mathit{K}_{sp}=\space 1,25\times 10^{–5}\space mol\space dm^{–3}\cdot 1,25\times 10^{–5}\space mol\space dm^{–3}[/latex]

[latex]\mathit{K}_{sp}=\space 1,56\times 10^{–10}\space mol^2\space dm^{–6}[/latex]

Na temelju dobivene vrijednosti konstante produkta topljivosti može se zaključiti da je topljivost srebrova klorida u vodi vrlo slaba. Budući da se topljivost tvari znatno mijenja s promjenom temperature, brojčana vrijednost konstante produkta topljivosti ovisi o temperaturi. Konstante produkta topljivosti dogovorno su određene pri 25 °C.

Zadatak: Izračunajte množinske koncentracije srebrovih i kromatnih iona u zasićenoj vodenoj otopini srebrova kromata, Ag2CrO4. Konstanta produkta topljivosti srebrova kromata pri 25 °C iznosi 1,12 × 10–12 mol3 dm–9

 

Srebrov kromat

Zadano je: Ksp = 1,12 × 10–12 mol3 dm–9

Traži se:

[latex]\lbrack Ag^+\rbrack =?[/latex]

[latex]\lbrack CrO_4^{2-}\rbrack =?[/latex]

Izradak:

Napiše se jednadžba disocijacije srebrova kromata:

 [latex]{\ce{Ag_2CrO_4(s)<=>[H2O]}}[/latex] [latex]{\ce{2Ag^{+}(aq) + CrO_4^{2-}(aq)}}[/latex]

Budući da je množinska koncentracija srebrovih iona dva puta veća od koncentracije kromatnih iona, koncentracija srebrovih iona označi se s 2x, a kromatnih iona s x.

[latex]\lbrack Ag^+\rbrack =2x[/latex]

[latex]\lbrack CrO_4^{2-}\rbrack =x[/latex]

 

Prema izrazu za konstantu produkta topljivosti izračunaju se koncentracije srebrovih iona i kromatnih iona u otopini.

[latex]\mathit{K_{sp}}\left(Ag_2CrO_4\right)\space =\lbrack Ag^+\rbrack \cdot \lbrack CrO_{4^{}}^{2–}\rbrack \space [/latex]

[latex]\mathit{K}_{\mathit{sp}}\left(Ag_2CrO_4\right)\space =\left(2x\right)^2\cdot x\space [/latex]

[latex]\mathit{K}_{\mathit{sp}}\left(Ag_2CrO_4\right)\space =\left(4x\right)^3 [/latex]

[latex]x=\sqrt[3]{\frac{\mathit{K}_{sp}\left(Ag_2CrO_4\right)}{4}}[/latex]

[latex]x=\sqrt[3]{\frac{1,12\times 10^{–12}\space mol^3\space dm^{–9}}{4}}[/latex]

[latex]x=6,54\times 10^{–5}\space mol^{}\space dm^{–3}[/latex]

 

[latex]\lbrack Ag^+\rbrack =2x[/latex]

[latex]\lbrack Ag^+\rbrack =2\cdot 6,54\times 10^{–5}\space mol\space dm^{–3}[/latex]

[latex]\lbrack Ag^+\rbrack = 1,31\times 10^{–4}\space mol\space dm^{–3}[/latex]

 

[latex]\lbrack CrO_4^{2-}\rbrack =6,54\times 10^{–5}\space mol\space dm^{–3}[/latex]

 

Odgovor: Množinska koncentracija srebrovih iona u otopini iznosi 1,31 × 10–4 mol dm–3, a kromatnih iona 6,54 × 10–5 mol dm–3.

Hidroksidi prijelaznih metala također su slabo topljivi u vodi. Primjerice, Fe(OH)2, Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, Fe(OH)3 i drugi.

Kobaltov(II) hidroksid

Niklov(II) hidroksid

Željezov(II) hidroksid

Bakrov(II) hidroksid

Bakrov(II) hidroksid u suvišku amonijaka