Образование и растворение осадков

Знание величины K_S 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 (K_S(Ag₃PO₄) = 1,3 × 10^–20)

K₃PO₄ + 3 AgNO₃ = Ag₃PO₄¯ + 3 KNO₃

Решение. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо определить молярные концентрации ионов PO₄^3– 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 PO₄^3– 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(PO₄^3–) × c³(Ag⁺) = 5 × 10^–3 × (5 × 10^–3)3 = 6,25 × 10^–10 > 1,3 × 10^–20

K_S(Ag₃PO₄)

Стехиометрическое произведение молярных концентраций ионов соли Ag₃PO₄ оказалось больше величины ее K_S. 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 PO₄^3– и Ag⁺ в получившемся конечном растворе будут равны по 0,000005 или 5 × 10^–6 моль/дм³.

c(PO₄^3–) × c³(Ag⁺)= 5 × 10^–6 × (5 × 10^–6)³ = 6,25 × 10^–22 < 1,3 × 10^–20

K_S(Ag₃PO₄)

Стехиометрическое произведение молярных концентраций ионов соли оказалось меньше величины K_S(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 K_S.

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^–1^4		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. K_S(Ag₂S) имеет меньшее значение по сравнению с K_S других осадков.

Если реагенты образуют с осаждаемым ионом труднорастворимые соединения разного типа, например: AgCl, Ag₂CO₃, Ag₃PO₄ – руководствоваться при выборе наиболее полного осадителя только значением K_S нельзя. Необходимо определить, над каким из приведенных осадков равновесная концентрация ионов Ag⁺ (c_Ag+) будет наименьшей. Для этого, исходя из значений K_S, 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/дм^3		s=6,69×10^–5 моль/дм^3		s=4,67×10^–6 моль/дм^3
с(Ag^+)=1,25×10^–5 моль/дм^3		с(Ag^+)=1,34×10^–4моль/дм^3		с(Ag^+)=1,4×10^–^5 моль/дм^3

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.

Дата добавления: 2014-01-04