Малорастворимые электролиты. Произведение растворимости

Раствор, находящийся при определенных условиях в термодинамическом равновесии с твердым электролитом, является насыщенным относительно этого электролита.

Вещества, растворимость которых составляет более 1 г на 100 г растворителя, принято считать хорошо растворимыми, от 0,01 до 1 г — малорастворимыми, менее 0,01 г — практически нерастворимыми. Для краткости последние две группы веществ часто объединяют под общим названием «малорастворимые».

Принимая во внимание, что в равновесии с твердым осадком находятся только гидратированные продукты его диссоциации или ионизации (степень диссоциации около 100%), гетерогенное равновесие между осадком и насыщенным водным раствором электролита А_nВ_m может быть представлено в виде

А_nВ_{m (тв)} D n А^m+_(aq) + m В^n-_(aq)

Константа равновесия равна

где A^m+ и В^n- — концентрации ионов в насыщенном растворе; А_nВ_m — в твердой фазе.

Произведение К и [А_nВ_m], с учетом постоянной концентрации индивидульного вещества в осадке, является константой, называемой константой произведения растворимости (К_Пр), или упрощенно произведением растворимости (ПР):

В насыщенном растворе электролита произведение концентраций его ионов является постоянной величиной, которая не зависит от массы осадка и определяется только природой электролита и внешними условиями (температурой раствора и др.).

Зная растворимость электролита при определенной температуре, можно рассчитать величину его К_ПР. Например, при 25°С в 1 л воды растворяется 10,045мг карбоната бария. Считая плотность раствора равной 1,0 г/мл, концентрация ВаСО₃ в его насыщенном водном растворе составит 10,045мг/л, или 0,010045/197, т.е. приблизительно 5,1 • 10^-5 моль/л.

В соответствии с уравнением гетерогенного равновесия

ВаСО_{3 (к)} D Ba²⁺_(aq) + CO₃^2-_(aq)

из 5,1 • 10^-5 моль растворенного ВаСО₃ образуется по 5,1 • 10^-5 моль ионов Ва²⁺ и СО₃^2-, а следовательно

К_ПР (ВаСО₃) = (5,1 • 10^-5) = 2,6 • 10^-9 моль/л.

Возможна и постановка обратной задачи: по известному значению Кт малорастворимого электролита определить его растворимость или равновесные концентрации ионов в его насыщенном растворе.

В присутствии одноименных ионов растворимость малорастворимых электролитов снижается. Это вызвано тем, что избыток одного из продуктов диссоциации электролита приводит к сдвигу соответствующего гетерогенного равновесия в сторону образования осадка.

Так, если к насыщенному раствору оксалата серебра прибавить некоторое количество фторида серебра, то в результате диссоциации последнего по схеме

AgF D Ag⁺ + F^-

в растворе возрастет концентрация ионов Ag⁺.

В соответствии с принципом Ле Шателье — Брауна положение этого равновесия сместится влево, что приведет к уменьшению концентрации ионов С₂О₄^2- и увеличению массы твердого Ag₂C₂О₄. Выпадение осадка будет продолжаться до тех пор, пока произведение концентраций [C₂О₄^2-][Ag⁺]² не станет численно равным величине К_ПР(Ag₂C₂О₄).

Важной практической задачей является определение возможности выпадения, растворения или изменения состава осадка малорастворимого электролита в результате химических реакций, а также при сливании растворов химически не взаимодействующих веществ, изменении внешних условий и т.д.

1). Если произведение реальных концентраций ионов в растворе (П_С) превысит величину К_ПР, то данный раствор будет являться пересыщенным и некоторое количество последнего перейдет в осадок.

2). Если П_С < К_ПР, то раствор будет ненасыщенным и осадок не образуется (либо произойдет растворение уже существующего осадка).

3). В случае выполнении равенства П_С = К_ПР система будет находиться в равновесии.

В жидких средах человеческого организма содержатся значительные количества ионов, способных образовывать малорастворимые соединения при взаимодействии друг с другом. В ряде случаев произведения концентраций некоторых катионов (преимущественно Са²⁺ и Mg²⁺) и анионов (РО₄^3-, С₂О₄^2-, СО₃^2-, уратов и др.) часто близки к величинам К_ПР соответствующих солей или даже несколько превышают их, однако в норме это не приводит к образованию осадков.

Высокое содержание белков в плазме крови и других биологических жидкостях препятствует формированию кристаллов малорастворимых соединений и способствует удержанию избытка электролитов в коллоидно-дисперсном состоянии. Данное явление получило название коллоидной защиты.

Нарушения ионного или белкового баланса могут привести к выпадению компактных осадков малорастворимых электролитов и развитию различных патологических процессов (мочекаменная болезнь, тромбоз, минерализации тканей и т.п.).

Профилактика и лечение подобных явлений основаны на связывании и выведении из организма избытка одного или нескольких ионов, входящих в состав осадка.

Так, растворение оксалатных камней (состоящих преимущественно из СаС₂О₄) в ряде случаев может быть достигнуто правильным подбором диеты с пониженным содержанием щавелевой кислоты и других веществ, способствующих накоплению ионов С₂О₄^2- в организме.

С другой стороны, препараты лимонной кислоты и ее производных способствуют выведению из организма ионов Са²⁺, что также препятствует образованию малорастворимых солей этого элемента. Наконец, простое увеличение объема поступающей в организм жидкости (до 2—2,5 л в сутки) способствует растворению практически любых нежелательных минеральных образований в различных отделах выделительной системы.

Таким образом, гетерогенные равновесия в человеческом организме подчиняются всем основным закономерностям, рассмотренным выше.

 

Лабораторная работа №5                        Ф.И.О. ________________

группа __________________

РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ: