Произведение растворимости. Механизм накипеобразования

Большое значение в практической деятельности судомеханика имеет представление о гетерогенном равновесии в растворах электролитов, которое лежит в основе механизма накипеобразования при эксплуатации энергетических установок.

Подавляющее большинство электролитов обладает ограниченной растворимостью в воде. На практике часто встречаются гетерогенные системы, в которых осадок малорастворимого электролита находится в равновесии с насыщенным раствором этого электролита:

растворение

mK + nA

осадок кристаллизация раствор

CaCl₂ + H₂SO₄ CaSO₄↓ + 2HCl

Ca²⁺ + SO₄^2- CaSO₄↓

раствор осадок

Произведение активностей ионов в насыщенном растворе малорастворимого электролита при заданной температуре есть величина постоянная и называется произведением растворимости ПР:

K = ПР_{K A} = а а

Произведение растворимости как и константа равновесия зависит от природы электролита и от температуры, но не зависит от активности ионов в растворе.

Поскольку раствор малорастворимого соединения получается очень разбавленным, и взаимодействие ионов из-за их удаленности друг от друга практически отсутствует, коэффициент активности близок к единице, то активности ионов в растворе можно приравнять к их концентрациям, и произведение растворимости может быть записано в следующей форме:

ПР_{K A} =[K ] ·[A ]

Произведение растворимости характеризует растворимость вещества: чем больше ПР, тем больше растворимость.

Часто вместо значений ПР применяют показатель растворимости рПР -­ отрицательный логарифм произведения растворимости, рПР= - lgПР.

Если произведение концентраций ионов электролита в растворе равно ПР, то раствор находится в равновесии с твердой фазой (осадком).

Когда [K ] ·[A ] >ПР, равновесия нет при этих концентрациях, и из раствора будет выделятся твердая фаза (осадок).

Если же [K ] ·[A ] <ПР, то снова нет равновесия, но раствор в этом случае ненасыщен относительно твердой фазы, и она будет переходить в раствор.

Под действием одноименного иона равновесие смещается по принципу Ле-Шателье в сторону образования осадка. Например:

CaSO₄<=>Ca + SO₄

осадок раствор

=

при введении дополнительного иона Ca в раствор, равновесие будет смещаться влево.

Этим объясняется повышенное накипеобразование при наличии, например, в котловой воде даже следов одноименных ионов, содержащихся в качестве примесей при различного рода нарушениях воднохимических режимов.