7. ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΙΣΟΡΡΟΠΙΕΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΙΟΝΤΩΝ

Transcript

1 7. ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΙΣΟΡΡΟΠΙΕΣ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΙΟΝΤΩΝ Σχηματισμός ιζήματος χρωμικού μολύβδου(ιι) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Η σταθερά γινομένου διαλυτότητας Διαλυτότητα και επίδραση κοινού ιόντος Υπολογισμοί καθίζησης Επίδραση του ph στη διαλυτότητα Σχηματισμός συμπλόκων ιόντων Σύμπλοκα ιόντα και διαλυτότητα Ποιοτική ανάλυση μεταλλικών ιόντων 1

2 Η σταθερά γινομένου διαλυτότητας H 2 O CaC 2 O 4 (s) 2 2 Ca (aq) C 2 O 4 (aq) K sp = [Ca 2 ][C 2 O 4 2 ] Κ sp = σταθερά γινομένου διαλυτότητας ή γινόμενο διαλυτότητας είναι η σταθερά της ισορροπίας που αποκαθίσταται μεταξύ της στερεάς ένωσης και των ιόντων της σε κορεσμένο διάλυμα. Pb 3 (AsO 4 ) 2 (s) αρσενικικός μόλυβδος(ιι) H 2 O 2 3Pb (aq) 3 2AsO 4 (aq) K sp = [Pb 2 ] 3 [AsO 4 3 ] 2 2

3 Σχέση διαλυτότητας και Κ sp Διαλυτότητα (= S): η μάζα μιας ουσίας που διαλύεται σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη (π.χ. νερού) και σε δεδομένη θερμοκρασία για να προκύψει ένα κορεσμένο διάλυμα. Διαλυτότητα CaC 2 Ο 4 0,0061 g / L διαλύματος (25 ο C) Γραμμομοριακή διαλυτότητα CaC 2 Ο 4 s = 4, mol / L διαλύματος (25 ο C) CaC 2 O 4 (s) K sp = [Ca 2 ][C 2 O 2 4 ] = s s = s 2 s = Ksp Pb 3 (AsO 4 ) 2 (s) H 2 O H 2 O Ca (aq) C 2 O 4 K sp = [Pb 2 ] 3 [AsO 4 3 ] 2 = (3s) 3 (2s) 2 = 108s 5 s 2 3Pb (aq) 3s AsO 4 2s s s (aq) = 5 (aq) K sp 108 3

4 Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητα s Επίδραση κοινού ιόντος CaC 2 O 4 (s) H 2 O 2 2 Ca (aq) C 2 O 4 (aq) Προσθήκη CaCl 2 ( Ca 2 2Cl ) ή προσθήκη Na 2 C 2 O 4 ( 2Na C 2 O 4 2 ) Ca 2 = κοινό ιόν C 2 O 4 2 = κοινό ιόν Αρχή Le Chatelier Ελάττωση της διαλυτότητας του CaC 2 O 4 CaC 2 O 4 (s) Ca 2 (aq) C 2 O 4 2 (aq) Επίδραση μη κοινού ιόντος (φαινόμενο άλατος) Προσθήκη NaCl ( Na Cl ) Έλξεις από τα «ξένα» ιόντα, παρεμπόδιση κίνησης ιόντων, μείωση ταχύτητας απόθεσης αύξηση της διαλυτότητας του CaC 2 O 4 CaC 2 O 4 (s) Ca 2 (aq) C 2 O 4 2 (aq) 4

5 Το κριτήριο καθιζήσεως ; Γινόμενο ιόντων Q = [Ca 2 ][C 2 O 4 2 ] (όχι κατ ανάγκη συγκεντρώσεις ισορροπίας, συνήθως αρχικές συγκεντρώσεις) 1. Αν Q > K sp διάλυμα υπέρκορο, ισορροπία προς τα αριστερά, σχηματίζεται ίζημα 2. Αν Q = K sp διάλυμα κορεσμένο (σε ισορροπία), δεν σχηματίζεται ίζημα 3. Αν Q < K sp διάλυμα ακόρεστο, ισορροπία προς τα δεξιά, δεν σχηματίζεται ίζημα 5

6 Άσκηση Υπολογισμός της σταθεράς γινομένου διαλυτότητας μιας δυσδιάλυτης ιοντικής ένωσης σε νερό και πρόβλεψη αν θα καταπέσει ίζημα (α) Να υπολογίσετε την K sp του υδροξειδίου του βηρυλλίου αν γνωρίζετε ότι η γραμμομοριακή διαλυτότητα, s, αυτού σε καθαρό νερό είναι 8, mol / L διαλύματος (25 ο C). (β) Πόση πρέπει να είναι η συγκέντρωση των ιόντων υδροξειδίου προκειμένου να καταπέσει ίζημα υδροξειδίου του βηρυλλίου από διάλυμα που περιέχει ιόντα βηρυλλίου σε συγκέντρωση 2, Μ: (α) H ισορροπία διαλυτότητας της βάσης είναι: Βe(OH) 2 (s) Be 2 (aq) 2OH (aq) Αρχικές 0 0 Μεταβολές s 2s Ισορροπία s 2s Αντικαθιστούμε στην έκφραση της σταθεράς γινομένου διαλυτότητας και λύνουμε ως προς s: K sp = [Be 2 ][OH ] 2 = s (2s) 2 = 4s 3 = 4 (8, ) 3 = 2,

7 Άσκηση (β) Πόση πρέπει να είναι η συγκέντρωση των ιόντων υδροξειδίου προκειμένου να καταπέσει ίζημα υδροξειδίου του βηρυλλίου από διάλυμα που περιέχει ιόντα βηρυλλίου σε συγκέντρωση 2, Μ: (β) Αν x είναι η ζητούμενη συγκέντρωση και Q το γινόμενο ιόντων για το υδροξείδιο του βηρυλλίου τότε για να καταπέσει ίζημα πρέπει: Q >K sp ή [Be 2 ][OH ] 2 > K sp ή (2, Μ) x 2 > 2, Μ ή x > 1, Μ 7

8 Εφαρμογές του γινομένου διαλυτότητας Cu 2 Cd 2 Ag Pb 2 Cu 2 Cd 2 AgCl PbCl 2 (α) Διαχωρισμός ιόντων λόγω διαφοράς διαλυτότητας (Cu 2, Cd 2, Ag, Pb 2 ) HCl(aq) AgCl(s), PbCl 2 (s), Cu 2, Cd 2 ΚΑΝΟΝΕΣ ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑΣ (ΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ) 3. Οι ενώσεις των αργύρου (Ag ), υφυδραργύρου (Hg 2 2), και μολύβδου (Pb 2 ) είναι δυσδιάλυτες 4. Όλα τα χλωρίδια, βρωμίδια και ιωδίδια (Cl, Br, I ) είναι ευδιάλυτα 8

9 Διάγραμμα ροής του σχήματος ποιοτικής ανάλυσης για το διαχωρισμό μεταλλικών ιόντων. 9

10 Εφαρμογές του γινομένου διαλυτότητας (β) Κλασματική καθίζηση Είναι η τεχνική διαχωρισμού ενός μόνο ιόντος ή μιας ομάδας ιόντων από ένα μίγμα ιόντων με προσθήκη ενός αντιδραστηρίου, το οποίο (σε κατάλληλα ph, θερμοκρασία κ.λπ.) καταβυθίζει πρώτα το ένα ιόν, μετά το άλλο (εκλεκτική καθίζηση) κ.ο.κ. Π.χ. Αν σε διάλυμα ιόντων Cl, Br και Ι προστίθεται αργά AgNO 3, πρώτα καθιζάνει το AgI, μετά το AgBr και τέλος το AgCl. Διότι: Κ sp (AgI) < Κ sp (AgBr) < Κ sp (AgCl) AgCl AgBr AgI 10

11 Σταλακτίτες και σταλαγμίτες Ένα θαύμα της φύσης όξινο νερό Ασβεστολιθικό σπήλαιο Τέτοια σπήλαια σχηματίζονται από τη δράση όξινου υπόγειου νερού πάνω σε ασβεστολιθικά πετρώματα. Οι σταλακτίτες και σταλαγμίτες δημιουργούνται μέσα στα σπήλαια από την επανακαθίζηση ανθρακικού ασβεστίου, καθώς το διοξείδιο του άνθρακα του διαλύματος διαφεύγει στον περιβάλλοντα αέρα. CaCO 3 (s) H 2 O( ) CO 2 (aq) Ca 2 (aq) 2HCO 3 (aq) Ca 2 (aq) 2HCO 3 (aq) CaCO 3 (s) H 2 O( ) CO 2 (aq) Αρχή Le Chatelier!!! 11

12 Ισορροπίες που περιλαμβάνουν σύμπλοκα ιόντα Σύμπλοκο Ιόν: σχηματίζεται από μεταλλικό ιόν που συνδέεται με βάση Lewis μέσω ομοιοπολικού δεσμού σύνταξης Fe2 οξύ Lewis ομοιοπολικός δεσμός σύνταξης (ή ένταξης) O H H βάση Lewis Fe O H H 2 Ο σχηματισμός συμπλόκου ως αντίδραση οξέος-βάσεως κατά Lewis κεντρικό μέταλλο σύμπλοκο ιόν Fe(CN) 6 υποκαταστάτες 4 φορτίο ιόντος αριθμός σύνταξης ένωση σύνταξης (ή ένταξης) αντισταθμιστικά ιόντα 4 Κ Βασικοί ορισμοί στο παράδειγμα του συμπλόκου ανιόντος [Fe(CN) 6 ] 4 12

13 Σχηματισμός συμπλόκων ιόντων Ag (aq) NH 3 (aq) Ag(NH 3 ) (aq) Ag(NH 3 ) (aq) NH 3 (aq) Ag(NH 3 ) 2 (aq) Ag (aq) 2NH 3 (aq) Ag(NH 3 ) 2 (aq) Σταθερά σχηματισμού ή σταθερά σταθερότητας Κ f του συμπλόκου ιόντος Ag(NH 3 ) 2 : [Ag(NH ) ] K f = 1,6 10 [Ag ][NH ] Ag(NH 3 ) 2 (aq) Ag (aq) 2NH 3 (aq) Σταθερά διάστασης Κ d (ή σταθερά ασταθείας Κ inst ): K inst 1 [Ag ][NH ] K [Ag(NH ) ] f = 6,

14 Κι άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητα s Επίδραση υδρολύσεως NiS(s) Ni 2 (aq) S 2 (aq) H 2 O HS (aq) OH (aq) αύξηση της διαλυτότητας Σχηματισμός συμπλόκων AgBr(s) Ag (aq) Br (aq) NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] (aq) αύξηση της διαλυτότητας 14

15 Διαλυτότητα (g διαλυμένης ουσίας/100 g Η 2 Ο) Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητα s Επίδραση της θερμοκρασίας αύξηση της διαλυτότητας (συνήθως) Θερμοκρασία ( ο C) 15

16 Άσκηση Υπολογισμός της διαλυτότητας μιας δυσδιάλυτης ιοντικής ένωσης σε διάλυμα του συμπλόκου ιόντος Πόση είναι η γραμμομοριακή διαλυτότητα του CdC 2 O 4 σε ΝΗ 3 0,10 Μ; Δίνονται: K sp (CdC 2 O 4 ) = 1, και K f [Cd(NH 3 ) 4 2 ] = 1, Προσθέτουμε τις ισορροπίες διαλυτότητας και συμπλόκου ιόντος για να έχουμε την αντίδραση διάλυσης του CdC 2 O 4 και υπολογίζουμε την K από το γινόμενο των K sp και K f : CdC 2 O 4 (s) Cd 2 (aq) C 2 O 4 2 (aq) K sp = 1, Cd 2 (aq) 4NH 3 (aq) Cd(NH 3 ) 4 2 (aq) K f = 1, CdC 2 O 4 (s) 4NH 3 (aq) Cd(NH 3 ) 4 2 (aq) C 2 O 4 2 (aq) K = ; 16

17 Άσκηση Καταστρώνουμε τον πίνακα με τις συγκεντρώσεις. Η αρχική συγκέντρωση της ΝΗ 3 είναι 0,10 Μ, ενώ η άγνωστη συγκέντρωση του Cd(NH 3 ) 4 2 τίθεται ίση με x. Συγκεντρ. (Μ) CdC 2 O 4 (s) 4NH 3 (aq) Cd(NH 3 ) 2 4 (aq) C 2 O 42 (aq) Αρχικές 0, Μεταβολές 4x x x Ισορροπία 0,10 4x x x Αντικαθιστούμε στην εξίσωση της σταθεράς ισορροπίας K και λύνουμε ως προς x: K c [Cd(NH ) ][C O ] x [NH ] (0,10 4 ) x (0,10 4 x) x 2 =0,387 0,15 16x 2 3,38x 0,010 = 0 17

18 Άσκηση x 2 3, 38 ( 3, 38) (4 16 0, 010) 2 16 Από τις δύο ρίζες, x = 0,208 και x = 3, M, η πρώτη τιμή είναι μεγαλύτερη από το 0,10 και απορρίπτεται. γραμμομοριακή διαλυτότητα CdC 2 O 4 = 3, M 18