Произведение растворимости

Произведение растворимости (ПР) является частным случаем константы равновесия для процесса перехода труднорастворимого сильного электролита в раствор.

Рассмотрим пример: в емкость с водой поместили кристаллический хлорид серебра (AgCl). Абсолютно нерастворимых веществ в природе не существует. Поэтому, несмотря на очень плохую растворимость, хлорид серебра начинает переходить в воду, причем в виде ионов Ag⁺ и Cl^- (т.к. любая соль - сильный электролит). Растворение AgCl будет происходить до тех пор, пока не установится равновесие:

AgCl_(тв) Ag⁺ + Cl^- (в растворе)

После установления такого равновесия раствор будет называться насыщенным. Для данного обратимого процесса можно ввести константу равновесия:

K_p = ,

где [Ag⁺]_p и [Cl^-]_p - молярные концентрации соответствующих ионов в равновесном (насыщенном) растворе.

Концентрация [AgCl_m] является постоянной величиной. По сути дела это плотность твердого хлорида серебра, выраженная в единицах молярной концентрации (моль / дм³ = М). Поэтому вводится новая константа равновесия, которая называется произведением растворимости (ПР):

ПР_(AgCl) = K_p × [ AgCl_(m) ] = [Ag⁺]_p × [Cl^-]_p.

ПР зависит только от природы веществ (электролита и воды) и температуры. ПР определяет произведение концентраций в насыщенном растворе. Если в каком-либо растворе произведение концентраций ПК = [Ag⁺] [Cl^-] меньше ПР, то такой раствор является ненасыщенным. В нем можно растворить еще некоторое количество данного вещества (до насыщения: ПК = ПР).

Если же ПК > ПР, то раствор называется пересыщенным. Это тоже неравновесный раствор, так как избыточное количество растворенного вещества будет самопроизвольно выпадать в виде осадка до тех пор, пока ПК не станет равным ПР при этой температуре.

Задача. Выпадет ли осадок, если смешать 1 дм³ раствора AgNO₃ с концентрацией 0,01 М и 1 дм³ раствора K₂SO₄ с концентрацией 0,2 M ? ПР (Ag₂SO₄) = 2 × 10^-5 ?

Решение: Взаимодействие должно протекать по уравнению:

2AgNO₃ + K₂SO₄ = Ag₂SO₄¯ + 2KNO₃.

Но осадок сульфата серебра начнет выпадать только при:

ПК = [Ag⁺]² [SO₄] > ПР = 2 × 10^-5 .

Найдем [Ag⁺]. В 1 дм³ исходного раствора AgNO₃ содержалось 0,01 моль соли, а значит и 0,01 моль Ag⁺ , так как AgNO₃ - сильный электролит и диссоциирует полностью:

AgNO₃ = Ag⁺ + NO

0,01 моль 0,01 моль 0,01 моль

Так как растворы очень разбавлены, то сумма их объемов равна объему смеси (1 дм³ + 1 дм³ = 2 дм³).

Отсюда [Ag⁺] = = 0,01 моль / 2 дм³ = 0,005 М (после смешивания). Аналогично можно найти концентрацию ионов SO в смеси: [SO ] = 0,2 моль / 2 дм³ = 0,1 М.

Найдем ПК = [Ag⁺]² [SO ] = 2,5 × 10^-6.

2,5 × 10^-6 = ПК < ПР = 2 × 10^-5.

Ответ: осадок выпадать не будет.