Образование и растворение осадков
Знание величины KS для труднорастворимых веществ позволяет решать многочисленные вопросы, связанные с образованием или растворением осадков при химических реакциях, используемых в аналитической химии.
Покажем это на конкретных примерах.
Пример 1. Образуется ли осадок Ag3PO4 если к 5 см3 0,01М раствора K3PO4 прилить 5 см3 0,01М раствора AgNO3 (KS(Ag3PO4) = 1,3 × 10–20)
K3PO4 + 3 AgNO3 = Ag3PO4¯ + 3 KNO3
Решение. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо определить молярные концентрации ионов PO43– и Ag+ в получившемся растворе (в исходных растворах они были равны 0,01 моль/дм3).
При смешивании объем получившегося нового раствора удвоился, следовательно, молярные концентрации ионов PO43– и Ag+ уменьшились наполовину и стали равны по 0,005 или 5 × 10–3 моль/дм3 (считаем, что плотности исходных и конечного растворов равны 1 г/см3, т.к. они являются сильно разбавленными).
c(PO43–) × c3(Ag+) = 5 × 10–3 × (5 × 10–3)3 = 6,25 × 10–10 > 1,3 × 10–20
KS(Ag3PO4)
Стехиометрическое произведение молярных концентраций ионов соли Ag3PO4 оказалось больше величины ее KS. Это значит, что получившийся раствор является пересыщенным относительно Ag3PO4 и часть этой соли выпадет из него в осадок.
Пример 2. Образуется ли осадок Ag3PO4, если 5 см3 0,00001 М раствора K3PO4 смешать с 5 см3 0,00001 М раствора AgNO3?
Решение. В этом случае концентрации ионов PO43– и Ag+ в получившемся конечном растворе будут равны по 0,000005 или 5 × 10–6 моль/дм3.
c(PO43–) × c3(Ag+)
= 5 × 10–6 × (5 × 10–6)3 = 6,25 × 10–22 < 1,3 × 10–20
KS(Ag3PO4)
Стехиометрическое произведение молярных концентраций ионов соли оказалось меньше величины KS(Ag3PO4). Раствор является ненасыщенным относительно фосфата серебра, вследствие чего осадок не образуется.
Так как абсолютно нерастворимых веществ в воде нет, ни один из ионов электролита не может быть осажден из раствора полностью. Часть их всегда будет оставаться в жидкой фазе. Поэтому, чтобы добиться как можно более полного осаждения того или иного иона, необходимо из набора однотипных реагентов выбирать такой реактив, который давал бы с осаждаемым ионом осадок с наименьшим значением KS.
Так, например, ионы Ag+ можно осадить из раствора с помощью следующего набора реагентов: Na2SO4, Na2CO3, Na2SO3, Na2S. Они образуют с ионами серебра однотипные осадки:
| Ag2SO4 | Ag2CO3 | Ag2SO3 | Ag2S | ||||
| KS=1,6×10–5 | KS=1,2×10–3 | KS=1,5×10–14 | KS=6,3×10–50 |
Наиболее полное осаждение ионов Ag+ будет наблюдаться при добавлении к раствору сульфида натрия (или любой другой растворимой соли сероводородной кислоты), т.к. KS(Ag2S) имеет меньшее значение по сравнению с KS других осадков.
Если реагенты образуют с осаждаемым ионом труднорастворимые соединения разного типа, например: AgCl, Ag2CO3, Ag3PO4 – руководствоваться при выборе наиболее полного осадителя только значением KS нельзя. Необходимо определить, над каким из приведенных осадков равновесная концентрация ионов Ag+ (cAg+) будет наименьшей. Для этого, исходя из значений KS, нужно рассчитать молярную растворимость (S) каждого осадка и умножить ее на число ионов серебра в его формульной единице:
| AgCl | Ag2CO3 | Ag3PO4 | ||
| KS=1,56×10–10 | KS=1,2×10–12 | KS=1,3×10–20 | ||
| s=1,25×10–5 моль/дм3 | s=6,69×10–5 моль/дм3 | s=4,67×10–6 моль/дм3 | ||
| с(Ag+)=1,25×10–5 моль/дм3 | с(Ag+)=1,34×10–4 моль/дм3 | с(Ag+)=1,4×10–5 моль/дм3 |
Как следует из представленных данных, наименьшая концентрация ионов Ag+ в растворе будет над осадком AgCl, это значит, что более полное осаждение ионов Ag+ наблюдается при добавлении к раствору любой растворимой соли соляной кислоты по сравнению с фосфатами и карбонатами.