Произведение растворимости

Определение и сущность понятия Произведение растворимости (Kₛₚ) — это константа, характеризующая равновесие между нерастворимым соединением и его ионами в насыщенном растворе. Для общего соли AmBn, которая диссоциирует по уравнению:

AmBn(s) ⇌ mAn+(aq) + nBm−(aq),

произведение растворимости определяется выражением:

Ksp = [An+]m[Bm−]n,

где [An+] и [Bm−] — равновесные концентрации ионов в насыщенном растворе. Значение Kₛₚ зависит от температуры и, в меньшей степени, от природы растворителя.

Физико-химическая интерпретация Произведение растворимости отражает способность вещества переходить из твердой фазы в раствор. Чем меньше значение Kₛₚ, тем ниже растворимость вещества. Для некоторых солей, таких как AgCl или PbSO₄, Kₛₚ очень мало, что объясняет их ограниченную растворимость.

Влияние ионной силы и общих ионов Растворимость электролита зависит от ионной силы раствора. Добавление общих ионов уменьшает растворимость вещества согласно принципу Ле-Шателье. Для примера, растворение хлорида серебра в растворе с присутствием ионов Cl⁻:

AgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl−(aq),

если концентрация Cl⁻ увеличивается за счёт внешнего источника (например, NaCl), равновесие смещается влево, и растворимость AgCl уменьшается.

Расчёт растворимости из Kₛₚ Для соли AB, диссоциирующей на ионы в соотношении 1:1:

AB(s) ⇌ A+(aq) + B−(aq),

концентрация каждого иона в насыщенном растворе равна $\sqrt{K_{sp}}$. Для более сложных солей AmBn, растворимость выражается формулой:

$$ s = \sqrt[n+m]{\frac{K_{sp}}{m^m n^n}}. $$

Применение в аналитической химии Kₛₚ широко используется для прогнозирования осаждения ионов в растворах, разработки методов количественного анализа и контроля очистки. Применение принципа произведения растворимости позволяет:

  • Выбирать условия для селективного осаждения конкретного иона.
  • Оценивать полное растворение и выпадение осадка.
  • Предсказывать влияние концентрации сторонних электролитов на растворимость.

Температурная зависимость Произведение растворимости зависит от температуры. Для большинства солей растворимость увеличивается с повышением температуры, но для некоторых осадков, например, CaSO₄·2H₂O, наблюдается обратная зависимость. Связь между Kₛₚ и температурой описывается уравнением ван’t Гоффа:

$$ \frac{d \ln K_{sp}}{dT} = \frac{\Delta H_{sol}}{R T^2}, $$

где ΔHsol — энтальпия растворения, R — универсальная газовая постоянная.

Примеры значений Kₛₚ для характерных соединений

Соединение Kₛₚ (при 25°C)
AgCl 1.77 × 10⁻¹⁰
BaSO₄ 1.1 × 10⁻¹⁰
CaCO₃ 3.3 × 10⁻⁹
PbI₂ 7.1 × 10⁻⁹

Эти данные демонстрируют широкие различия растворимости неорганических соединений и позволяют прогнозировать эффективность осаждения в лабораторных условиях.

Закономерности и практическое значение Произведение растворимости служит фундаментом для понимания химической термодинамики растворов. Оно позволяет:

  • Определять предельные концентрации ионов в растворах.
  • Рассчитывать степени диссоциации слаборастворимых солей.
  • Планировать реакции осаждения в аналитических методах.

Использование Kₛₚ обеспечивает количественный подход к проблемам растворимости, контролю качества воды и разработке промышленных технологий осаждения и очистки.

Оглавление