Lahustuvuse arvutamine: 14 sammu (piltidega)

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-15 08:13

Keemias kasutatakse lahustuvust, et kirjeldada tahkete ühendite omadusi, mis segatakse ja lahustatakse täielikult vedelikuga, jätmata lahustumatuid osakesi. Ainult ioniseeritud (laetud) ühendid võivad lahustuda. Mugavuse huvides võite lihtsalt meelde jätta mõned reeglid või vaadata loendit, et näha, kas enamik tahkeid ühendeid jääb vees asetades tahkeks või lahustub suures koguses. Tegelikult lahustuvad mõned molekulid isegi siis, kui te muutust ei näe. Et katse toimuks täpselt, peate teadma, kuidas arvutada lahustunud kogus.

Samm

Meetod 1/2: kiirreeglite kasutamine

Etapp 1. Uurige ioonseid ühendeid

Tavaliselt on igal aatomil teatud arv elektrone. Kuid mõnikord aatomid saavad või kaotavad elektrone. Tulemuseks on a ioon mis on elektriliselt laetud. Kui negatiivselt laetud ioon (millel on üks lisaelektron) satub kokku positiivselt laetud iooniga (kaotab elektroni), seovad need kaks iooni omavahel kokku nagu magneti positiivsed ja negatiivsed poolused, saades ioonühendi.

• Negatiivselt laetud ioone nimetatakse anioon, samas kui positiivselt laetud iooni nimetatakse katioon.
• Normaalsetes tingimustes on elektronide arv võrdne aatomi prootonite arvuga, vähendades sellega selle elektrilaengut.

Samm 2. Mõista lahustuvuse teemat

Veemolekulid (H.₂O) on ebatavalise struktuuriga, mis sarnaneb magnetiga. Ühel otsal on positiivne laeng, teisel aga negatiivne laeng. Kui ioonne ühend pannakse vette, ümbritseb vee "magnet" seda ja püüab meelitada ja eraldada positiivseid ja negatiivseid ioone. Mõnede ioonühendite sidemed ei ole väga tugevad. Selline ühend vees lahustuv sest vesi eraldab ioone ja lahustab need. Mõnel teisel ühendil on tugevamad sidemed ei lahustu vees vaatamata sellele, et neid ümbritsevad veemolekulid.

Mitmetel teistel ühenditel on sisemised sidemed, mis on täpselt nii tugevad, kui jõuvesi molekule meelitab. Selliseid ühendeid nimetatakse vees veidi lahustuv sest suurt osa ühendist tõmbab ligi vesi, aga ülejäänud on ikkagi sulanud.

Samm 3. Lugege lahustuvuse reegleid

Aatomitevahelised interaktsioonid on üsna keerulised. Vees lahustuvaid või lahustumatuid ühendeid ei saa lihtsalt intuitiivselt näha. Leidke ühendist esimene ioon, mida selle käitumise kindlakstegemiseks allolevast loendist otsida. Järgmisena kontrollige erandeid, veendumaks, et teisel ioonil pole ebatavalisi koostoimeid.

• Näiteks selleks, et kontrollida strontsiumkloriidi (SrCl₂), otsige allpool toodud paksus kirjas samme Sr või Cl. Cl on "tavaliselt vees lahustuv", nii et kontrollige järgmist erandite osas. Sr ei kuulu erandi alla, nii et SrCl₂ kindlasti vees lahustuv.
• Allpool on loetletud iga reegli kõige levinumad erandid. On veel mõned erandid, kuid tõenäoliselt ei leia neid laborist või keemia klassist üldiselt.

Etapp 4. Ühendeid saab lahustada, kui need sisaldavad leelismetalle, sealhulgas Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ja Cs⁺.

Neid elemente tuntakse ka IA rühma elementidena: liitium, naatrium, kaalium, rubiidium ja tseesium. Peaaegu kõik neid ioone sisaldavad ühendid lahustuvad vees.

• Erand:

  Li₃PO₄ vees lahustumatu.

Etapp 5. EI Ühendid₃^-, C₂H₃O₂^-, EI₂^-, ClO₃^-ja ClO₄^- vees lahustuv.

Nimetused on vastavalt nitraadi-, atsetaat-, nitriti-, kloraat- ja perkloraatioonid. Pange tähele, et atsetaati lühendatakse sageli OAC -ks.

• Erand:

  Ag (OAc) (hõbeatsetaat) ja Hg (OAc)₂ (elavhõbeatsetaat) ei lahustu vees.

• AgNO₂^- ja KClO₄^- ainult "vees veidi lahustuv".

Etapp 6. Cl. Ühendid^-, Br^-, ja mina^- tavaliselt vees veidi lahustuv.

Kloori-, bromiidi- ja jodiidioonid moodustavad alati vees lahustuvaid ühendeid, mida nimetatakse halogeniidsooladeks.

• Erand:

  Kui üks neist ioonidest seob hõbeiooni Ag⁺, elavhõbe Hg₂²⁺või plii Pb²⁺, saadud ühend ei lahustu vees. Sama kehtib ka vähem levinud ühendi, nimelt paari Cu kohta⁺ ja tallium Tl⁺.

Etapp 7. SO -d sisaldavad ühendid₄^2- üldiselt vees lahustuv.

Sulfaatioon moodustab tavaliselt vees lahustuvaid ühendeid, kuid on ka erandeid.

• Erand:

  Sulfaatioon moodustab vees lahustumatuid ühendeid järgmiste ainetega: strontsium Sr²⁺, baarium Ba²⁺, plii Pb²⁺, hõbe Ag⁺, kaltsium Ca²⁺, raadium Ra²⁺ja diatomiline hõbe Ag₂²⁺. Pange tähele, et hõbesulfaat ja kaltsiumsulfaat on piisavalt lahustuvad, et mõned nimetavad neid kergelt vees lahustuvaks.

Etapp 8. OH -d sisaldavad ühendid^- või S^2- vees lahustumatu.

Ülaltoodud ioone nimetatakse hüdroksiidiks ja sulfiidiks.

• Erand:

  Pidage meeles leelismetalle (rühmad I-A) ja kui kergesti moodustavad nende rühmade elementide ioonid vees lahustuvaid ühendeid? Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ja Cs⁺ moodustavad hüdroksiid- või sulfiidioonidega vees lahustuvaid ühendeid. Lisaks moodustavad hüdroksiidid ka leelismuldmetallide ioonidega vees lahustuvaid sooli (rühm II-A): kaltsium Ca²⁺, strontsium Sr²⁺ja baarium Ba²⁺. Pange tähele, et hüdroksiididest ja leelismuldmetallidest toodetud ühenditel on endiselt piisavalt molekule ühendatud, nii et neid nimetatakse mõnikord "vees lahustuvaks".

Etapp 9. Ühendid, mis sisaldavad CO₃^2- või PO₄^3- vees lahustumatu.

Veel üks karbonaat- ja fosfaatioonide kontroll. Sa peaksid juba teadma, mis juhtub ioonide ühendiga.

• Erand:

  Need ioonid moodustavad leelismetallidega vees lahustuvaid ühendeid, nimelt Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ja Cs⁺, nagu ka ammoonium NH₄⁺.

Meetod 2/2: lahustuvuse arvutamine K kaudu_sp

Samm 1. Leidke toote K lahustuvuskonstant_sp.

Igal ühendil on erinev konstant, peate selle otsima oma õpiku tabelist või veebist. Kuna väärtused määratakse eksperimentaalselt, võivad erinevad tabelid kuvada erinevaid konstandeid. Kui teil on, on tungivalt soovitatav kasutada õpiku tabeleid. Kui ei ole ette nähtud teisiti, eeldab enamik tabeleid, et temperatuur on 25ºC.

Näiteks kui lahustunud aine on pliijodiid PbI₂, kirjutage toote lahustuvuskonstant. Kui viidate tabelile aadressil bilbo.chm.uri.edu, kasutage konstanti 7, 1 × 10^–9.

Samm 2. Kirjutage üles keemiline võrrand

Esiteks määrake protsess, mille abil ühend lahustumisel ioonideks eraldub. Seejärel kirjutage keemiline võrrand K -ga_sp ühel pool ja koostisosad ioonid teisel pool.

• Näiteks PbI molekul₂ jagatud Pb -ioonideks²⁺, Mina^-ja I. ioonid^-. (Peate teadma või otsima ainult ühe iooni laengut, sest ühendil tervikuna on neutraalne laeng.)
• Kirjutage võrrand 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺] [Mina^-]²

Samm 3. Muutke võrrandit muutuja kasutamiseks

Kirjutage võrrand ümber lihtsa algebralise ülesandena, kasutades teadmisi molekulide ja ioonide arvu kohta. Selles võrrandis x on lahustuvate ühendite arv. Kirjutage muutujad, mis tähistavad iga iooni arvu x kujul.

• Selles näites kirjutatakse võrrand ümber 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺] [Mina^-]²
• Kuna seal on üks pliioon (Pb²⁺) ühendis on ühendi lahustunud molekulide arv võrdne vabade pliioonide arvuga. Nüüd saame kirjutada [Pb²⁺] x vastu.
• Kuna seal on kaks joodiooni (I^-) iga pliiooni jaoks võib joodi aatomite arvu kirjutada 2x.
• Nüüd on võrrand 7, 1 × 10^–9 = (x) (2x)²

4. Võimaluse korral võtke arvesse teisi tavaliselt esinevaid ioone

Jätke see samm vahele, kui ühend lahustatakse puhtas vees. Kui ühend lahustatakse lahuses, mis sisaldab juba ühte või mitut koostisosa iooni ("tavalised ioonid"), suureneb selle lahustuvus märkimisväärselt. Üldist iooniefekti on kõige paremini näha ühendites, mis on vees suures osas lahustumatud. Sel juhul võib eeldada, et enamik tasakaalus olevatest ioonidest pärinevad ioonidest, mis on juba lahuses. Kirjutage reaktsiooni võrrand ümber, et see hõlmaks juba lahuses oleva iooni teadaolevat molaarset kontsentratsiooni (mooli liitri või M kohta), asendades sellega iooni jaoks kasutatud x väärtuse.

Näiteks kui ühend pliijodiid lahustatakse 0,2 M pliikloriidi (PbCl) sisaldavas lahuses₂), siis on võrrand 7, 1 × 10^–9 = (0, 2M+x) (2x)². Kuna 0,2 M on kontsentreeritum kontsentratsioon kui x, saab võrrandi ümber kirjutada 7,1 × 10^–9 = (0, 2 miljonit) (2x)².

Samm 5. Lahendage võrrand

Lahustage x, et teada saada, kui hästi ühend vees lahustub. Kuna lahustuvuskonstant on juba kindlaks määratud, on vastuseks lahustatud ühendi moolide arv liitri vee kohta. Lõpliku vastuse arvutamiseks võib vaja minna kalkulaatorit.

• Järgmine vastus on lahustuvus puhtas vees, ilma tavaliste ioonideta.
• 7, 1×10^–9 = (x) (2x)²
• 7, 1×10^–9 = (x) (4x²)
• 7, 1×10^–9 = 4 korda³
• (7, 1×10^–9) 4 = x³
• x = ((7, 1 × 10^–9) ÷ 4)
• x = 1, 2 x 10^-3 moolid liitri kohta lahustuvad. See kogus on nii väike, et see ei lahustu vees.