難溶性塩

難溶性の塩を水に入れると、塩のごく一部しか水に溶けず、溶液が形成されます。難溶性塩と水に溶解したイオンとの間の平衡は、溶解度積 Ksp によって決まります。

水溶液中のイオン化合物の溶解および沈殿反応をモデル化するための定量的方法を作成することにより、錯体イオンの生成に関連する溶解度と錯体形成平衡の研究を開始します。平衡定数式を使用して、酸塩基平衡の場合と同じように、イオン固体と平衡状態にあるイオンの濃度を表すことができます。

溶解度積 (Ksp )

溶解度積定数は、固体物質が水溶液に溶解するための平衡定数です。記号 Ksp はそれを表すために使用されます。

溶解度積は、温度によって値が変化する平衡定数です。溶解度が増加するため、Ksp は通常、温度が上昇するにつれて上昇します。

溶質と呼ばれる物質が溶媒に溶けて溶液を作る能力は、溶解度として定義されます。イオン性化学物質 (解離して陽イオンと陰イオンを形成する) は、水への溶解度の幅が広くなります。一部の物質は非常に溶けやすく、空気中の水分を吸収することさえできますが、他の物質はまったく溶けません.

選択したイオン性物質の 25°C での溶解度は次のとおりです。 –

溶解度積の重要性

溶解度は多くの要因によって決まりますが、その中で最も重要なものは、塩の格子エンタルピーと溶液中のイオンの溶媒和エンタルピーです。

溶解度積定数 Ksp

ほとんどの塩は、溶解するとイオンに解離します。

例:–

BaSO4(s) ⇋ Ba2+(aq)+SO42-(aq)

平衡システムは、質量作用式で記述できます

• 塩が溶媒に溶解するとき、溶質の強い引力は、イオンと溶媒の間の相互作用 (イオンの格子エンタルピー) によって打ち消されなければなりません。
• イオンの溶媒和エンタルピーは常に負であり、プロセス全体でエネルギーが放出されていることを示しています。
• 溶媒和エンタルピー、または溶媒和中に放出されるエネルギー量は、溶媒の組成によって決まります。
• 無極性溶媒の溶媒和エンタルピーは低く、このエネルギーでは格子エンタルピーを超えるには不十分であることを意味します。
• その結果、非極性溶媒は塩を溶解しません。その結果、塩が溶媒に溶解するためには、塩の溶媒和エンタルピーがその格子エンタルピーより大きくなければなりません。
• 温度は溶解度に影響を与えます。溶解度は塩によって異なります。

下の表では、塩は溶解度によって分類されています。

溶解積定数

硫酸バリウムとその飽和水溶液があるとします。溶解していない固体とイオンの間の平衡は、次の式で表されます:

BaSO4⇌saturated solution in waterBa2+(aq)+SO4−(aq)

上記の例では、平衡定数は次のとおりです:

K =[Ba2+][SO4−][BaSO4]

純粋な固体物質の濃度は一定のままなので、次のように言えます

Ksp は K に等しい

Ksp =K[BaSO4] =[Ba2+][SO4−]

ここでは、溶解度積定数 Ksp を使用します。これは、固体の硫酸バリウムが飽和溶液と平衡状態にある場合、バリウムと硫酸イオンの濃度の積が溶解度積定数に等しいことも意味します。

イオン プロダクト (Q)

溶液中のイオン濃度を溶解度積と同じべき乗にした積は、塩のイオン積です。これは、以前に気体平衡について説明した反応商 (Q) に似ています。イオン積は必ずしも平衡濃度ではない濃度を表しますが、Ksp は平衡濃度を表します。

気体平衡の場合、イオン積 Q は反応商 Q に匹敵します。

イオン性物質の水溶液には、次の 3 つの異なる条件があります。

Q と Ksp には関係があります。 Q が Ksp 未満の場合、溶液は不飽和であり、システムが平衡 (Q =Ksp) に達するまで追加の固体が溶解します。 Q が Ksp を超えると、溶液は過飽和になり、Q が Ksp に等しくなるまで固体が形成されます。 Q =Ksp の場合、溶解速度は沈殿速度と等しくなります。溶液は飽和しており、溶解物質の量に正味の変化はありません。

イオン積の値を計算し、それを溶解度積の大きさと比較することは、溶液が不飽和、飽和、または過飽和であるかどうかを判断する簡単な手法です。さらに重要なことに、2 つの可溶性塩溶液を組み合わせると、イオン生成物が科学者に沈殿物が形成されるかどうかを知らせます。

共通イオン効果と溶解度

陽イオンと陰イオンの平衡濃度は、溶解度積の式によると、反比例します。つまり、陰イオン濃度が上昇すると、沈殿に必要な最大陽イオン濃度が低下し、その逆も同様であるため、Ksp は一定のままです。その結果、イオン性化合物の溶解度は、同じイオンを持つ他の塩の量によって決まります。一般的な陽イオンまたは陰イオンを加えると、ルシャトリエの原理で示される方向に溶解平衡がシフトします。

結論

溶解度積 (Ksp) は、溶液中の平衡イオン濃度を計算するために使用されますが、イオン積 (Q) は、常に平衡ではない濃度を特徴付けるために使用されます。溶解反応の平衡定数である溶解度積 (Ksp) は、化合物の溶解度の尺度です。 Ksp は成分イオンのモル濃度で表されますが、溶解度は通常、溶媒 100 mL あたりの溶質の質量で表されます。一方、イオン積 (Q) は、必ずしも平衡ではない濃度を表します。 2 つの可溶性塩溶液を混合すると、Q と Ksp を比較することで沈殿物が発生するかどうかを判断できます。難溶性塩の溶液では、一般的な陽イオンまたは一般的な陰イオンを追加すると、ルシャトリエの原理によって予想される方向に溶解度平衡に影響を与えます。共通イオンが存在する場合、塩の溶解度はほとんど常に低下します。