Kā aprēķināt šķīdību: 14 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: Jason Gerald | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-15 08:19

Ķīmijā šķīdību izmanto, lai aprakstītu cieto savienojumu īpašības, kuras sajaucas un pilnībā izšķīst ar šķidrumu, neatstājot nešķīstošas daļiņas. Tikai jonizēti (uzlādēti) savienojumi var izšķīst. Ērtības labad varat vienkārši iegaumēt dažus noteikumus vai atsaukties uz sarakstu, lai noskaidrotu, vai lielākā daļa cieto savienojumu paliks cietā stāvoklī, ja tos ievietos ūdenī vai izšķīdinās lielos daudzumos. Patiesībā dažas molekulas izšķīst pat tad, ja izmaiņas neredzat. Lai eksperiments notiktu precīzi, jums jāzina, kā aprēķināt izšķīdušo daudzumu.

Solis

1. metode no 2: ātro noteikumu izmantošana

1. solis. Izpētiet jonu savienojumus

Parasti katram atomam ir noteikts skaits elektronu. Tomēr dažreiz atomi iegūst vai zaudē elektronus. Rezultāts ir a jonu kas ir elektriski uzlādēts. Kad negatīvi lādēts jons (ar vienu papildu elektronu) saskaras ar pozitīvi lādētu jonu (zaudē elektronu), abi joni savienojas kā magnēta pozitīvie un negatīvie poli, veidojot jonu savienojumu.

• Tiek saukti negatīvi lādētie joni anjonu, savukārt pozitīvi lādētu jonu sauc katjonu.
• Normālos apstākļos elektronu skaits ir vienāds ar protonu skaitu atomā, tādējādi samazinot tā elektrisko lādiņu.

2. solis. Izprotiet šķīdības tēmu

Ūdens molekulas (H.₂O) ir neparasta struktūra, kas ir līdzīga magnētam. Vienam galam ir pozitīvs lādiņš, bet otram - negatīvs lādiņš. Kad jonu savienojums tiek ievietots ūdenī, ūdens "magnēts" to ieskauj un mēģinās piesaistīt un atdalīt pozitīvos un negatīvos jonus. Saites dažos jonu savienojumos nav ļoti spēcīgas. Šāds savienojums ūdenī šķīstošs jo ūdens atdalīs jonus un izšķīdinās tos. Dažiem citiem savienojumiem ir spēcīgākas saites, lai nešķīst ūdenī neskatoties uz to, ka to ieskauj ūdens molekulas.

Dažādiem citiem savienojumiem ir iekšējās saites, kas ir tikpat spēcīgas, cik spēcīgs ūdens piesaista molekulas. Šādus savienojumus sauc nedaudz šķīst ūdenī jo lielu daļu savienojuma piesaista ūdens, bet pārējais joprojām ir sapludināts.

3. solis. Uzziniet noteikumus par šķīdību

Starpatomu mijiedarbība ir diezgan sarežģīta. Savienojumus, kas šķīst vai nešķīst ūdenī, nevar vienkārši redzēt intuitīvi. Atrodiet pirmo jonu savienojumā, kas jāmeklē zemāk esošajā sarakstā, lai noteiktu tā uzvedību. Pēc tam pārbaudiet, vai nav izņēmumu, lai pārliecinātos, ka otrajam jonam nav neparastu mijiedarbību.

• Piemēram, lai pārbaudītu stroncija hlorīdu (SrCl₂), zemāk treknrakstā norādītajās darbībās meklējiet Sr vai Cl. Cl "parasti šķīst ūdenī", tāpēc pārbaudiet nākamo, vai nav izņēmumu. Sr nav iekļauts izņēmumā, tāpēc SrCl₂ noteikti šķīst ūdenī.
• Zemāk ir uzskaitīti visbiežāk sastopamie izņēmumi no katra noteikuma. Ir daži citi izņēmumi, taču tie, iespējams, netiks atrasti laboratorijā vai ķīmijas klasē kopumā.

4. solis. Savienojumus var izšķīdināt, ja tie satur sārmu metālus, ieskaitot Li⁺, Na⁺, K.⁺, Rb⁺un Cs⁺.

Šie elementi ir pazīstami arī kā IA grupas elementi: litijs, nātrijs, kālijs, rubīdijs un cēzijs. Gandrīz visi savienojumi, kas satur vienu no šiem joniem, šķīst ūdenī.

• Izņēmums:

  Li₃PO₄ nešķīst ūdenī.

Solis 5. NĒ. Savienojumi₃^-, C.₂H₃O₂^-, NĒ₂^-, ClO₃^-un ClO₄^- šķīst ūdenī.

Nosaukumi ir attiecīgi nitrāta, acetāta, nitrīta, hlorāta un perhlorāta joni. Ņemiet vērā, ka acetāts bieži tiek saīsināts līdz OAC.

• Izņēmums:

  Ag (OAc) (sudraba acetāts) un Hg (OAc)₂ (dzīvsudraba acetāts) nešķīst ūdenī.

• AgNO₂^- un KClO₄^- tikai "nedaudz šķīst ūdenī".

6. solis. Cl savienojumi^-, Br^-, un es^- parasti nedaudz šķīst ūdenī.

Hlorīds, bromīds un jodīda joni vienmēr veido ūdenī šķīstošus savienojumus, ko sauc par halogenīdu sāļiem.

• Izņēmums:

  Ja viens no šiem joniem saista sudraba jonu Ag⁺, dzīvsudrabs Hg₂²⁺vai svina Pb²⁺, iegūtais savienojums nešķīst ūdenī. Tas pats attiecas uz retāk sastopamo savienojumu, proti, Cu⁺ un talija Tl⁺.

Solis 7. Savienojumi, kas satur SO₄^2- parasti šķīst ūdenī.

Sulfāta jons parasti veido ūdenī šķīstošus savienojumus, taču ir daži izņēmumi.

• Izņēmums:

  Sulfāta jons veido ūdenī nešķīstošus savienojumus ar: stronciju Sr²⁺, bārijs Ba²⁺, svina Pb²⁺, sudrabs Ag⁺, kalcijs Ca²⁺, rādijs Ra²⁺un diatomiskais sudrabs Ag₂²⁺. Ņemiet vērā, ka sudraba sulfāts un kalcija sulfāts ir pietiekami šķīstoši, tāpēc daži tos sauc par nedaudz šķīstošiem ūdenī.

8. solis. Savienojumi, kas satur OH^- vai S.^2- nešķīst ūdenī.

Iepriekš minētie joni ir nosaukti par hidroksīdu un sulfīdu.

• Izņēmums:

  Atcerieties par sārmu metāliem (I-A grupas) un to, cik viegli šo grupu elementu joni veido ūdenī šķīstošus savienojumus? Li⁺, Na⁺, K.⁺, Rb⁺un Cs⁺ veidos ūdenī šķīstošus savienojumus ar hidroksīda vai sulfīda joniem. Turklāt hidroksīdi veido arī ūdenī šķīstošus sāļus ar sārmzemju joniem (II-A grupa): kalcijs Ca²⁺, stroncijs Sr²⁺un bārijs Ba²⁺. Ņemiet vērā, ka savienojumiem, kas ražoti no hidroksīdiem un sārmzemju metāliem, joprojām ir pietiekami daudz molekulu, kas dažkārt tiek sauktas par "nedaudz šķīstošām ūdenī".

9. solis. Savienojumi, kas satur CO₃^2- vai PO₄^3- nešķīst ūdenī.

Vēl viena karbonāta un fosfāta jonu pārbaude. Jums jau vajadzētu zināt, kas notiks ar jonu savienojumu.

• Izņēmums:

  Šie joni ar ūdenī šķīstošiem savienojumiem veido sārmu metālus, proti, Li⁺, Na⁺, K.⁺, Rb⁺un Cs⁺, tāpat kā amonija NH₄⁺.

2. metode no 2: Šķīdības aprēķināšana caur K_sp

1. solis. Atrodiet produkta K šķīdības konstanti_sp.

Katram savienojumam ir atšķirīga konstante, jums tas būs jāmeklē tabulā mācību grāmatā vai tiešsaistē. Tā kā vērtības tiek noteiktas eksperimentāli, dažādās tabulās var attēlot dažādas konstantes. Ir ļoti ieteicams izmantot mācību grāmatas tabulas, ja tās ir. Ja vien nav norādīts citādi, lielākajā daļā tabulu tiek pieņemts, ka temperatūra ir 25ºC.

Piemēram, ja izšķīdinātais ir svina jodīds PbI₂, uzrakstiet produkta šķīdības konstanti. Atsaucoties uz tabulu vietnē bilbo.chm.uri.edu, izmantojiet konstanti 7, 1 × 10^–9.

2. solis. Pierakstiet ķīmisko vienādojumu

Vispirms nosakiet procesu, kurā savienojums izšķīst, sadalās jonos. Pēc tam uzrakstiet ķīmisko vienādojumu ar K_sp vienā pusē, bet - jonus - otrā.

• Piemēram, PbI. Molekula₂ sadalās Pb jonos²⁺, Es^-un I. joni^-. (Jums jāzina vai jāmeklē tikai viena jonu lādiņš, jo savienojumam kopumā ir neitrāls lādiņš.)
• Uzrakstiet vienādojumu 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺] [Es^-]²

Solis 3. Mainiet vienādojumu, lai izmantotu mainīgo

Pārrakstiet vienādojumu kā vienkāršu algebrisko uzdevumu, izmantojot zināšanas par molekulu un jonu skaitu. Šajā vienādojumā x ir šķīstošo savienojumu skaits. Pārrakstiet mainīgos, kas attēlo katra jonu skaitu x formā.

• Šajā piemērā vienādojums tiek pārrakstīts kā 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺] [Es^-]²
• Tā kā ir viens svina jons (Pb²⁺) savienojumā izšķīdušā savienojuma molekulu skaits ir vienāds ar brīvo svina jonu skaitu. Tagad mēs varam rakstīt [Pb²⁺] pret x.
• Tā kā ir divi joda joni (I^-) katram svina jonam joda atomu skaitu var uzrakstīt kā 2x.
• Tagad vienādojums ir 7, 1 × 10^–9 = (x) (2x)²

4. solis. Ja iespējams, ņemiet vērā citus parasti esošos jonus

Izlaidiet šo soli, ja savienojums ir izšķīdināts tīrā ūdenī. Kad savienojums tiek izšķīdināts šķīdumā, kas jau satur vienu vai vairākus veidojošos jonus ("parastos jonus"), tā šķīdība ievērojami palielināsies. Vispārējo jonu efektu vislabāk var redzēt savienojumos, kas lielā mērā nešķīst ūdenī. Šajā gadījumā var pieņemt, ka lielākā daļa jonu līdzsvara stāvoklī nāk no joniem, kas jau atrodas šķīdumā. Pārrakstiet reakcijas vienādojumu, lai iekļautu jau zināmo šķīdumā esošā jona molāro koncentrāciju (moli litrā vai M), tādējādi aizstājot jonam izmantoto x vērtību.

Piemēram, ja savienojuma svina jodīds tiek izšķīdināts šķīdumā, kas satur 0,2 M svina hlorīdu (PbCl₂), tad vienādojums būs 7, 1 × 10^–9 = (0, 2M+x) (2x)². Tad, tā kā 0,2 M ir koncentrētāka koncentrācija nekā x, vienādojumu var pārrakstīt kā 7,1 × 10^–9 = (0, 2 miljoni) (2x)².

Solis 5. Atrisiniet vienādojumu

Atrisiniet x, lai uzzinātu, cik labi savienojums šķīst ūdenī. Tā kā šķīdības konstante jau ir noteikta, atbilde ir pēc izšķīdušā savienojuma molu skaita uz litru ūdens. Lai aprēķinātu galīgo atbildi, jums var būt nepieciešams kalkulators.

• Sekojošā atbilde ir par šķīdību tīrā ūdenī bez parastajiem joniem.
• 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 moli uz litru izšķīst. Šis daudzums ir tik mazs, ka būtībā nešķīst ūdenī.