Гетерогеннные равновесия в системе «раствор-осадок».

К обменным реакциям, протекающим в растворе электролитов, относятся реакции осаждения и растворения. Реакции осаждения - это реакции, идущие с выпадением осадков. В этих реакциях устанавливается равновесие между кристаллами малорастворимого в воде сильного электролита и его ионами в растворе. Система, состоящая из насыщенного раствора и осадка, называется гетерогенной (неоднородной) системой.

В насыщенном растворе малорстворимого в воде сильного электролита устанавливается равновесие между кристаллами твердого вещества (осадком) и его ионами, находящимися в растворе. Например,

AgCl_(тв) ↔Ag⁺+Cl^-

В этом случае идут два противоположных процесса. Ионы серебра и хлорид-ионы, из которых построены кристаллы хлорида серебра, диполями воды отрывают от поверхности осадка и переходят в раствор в виде гидратированных ионов, которые сталкиваются с поверхностью осадка и осаждаются на нем.

В соответствии с законом действующих масс константа равновесия имеет вид

К=[Ag][Cl^-]

[AgCl]_тв

Выражение, отражающее приведенное равновесие, имеет вид

[Ag][Cl^-]=ПР_AgCl,

где [Ag⁺] и [Cl^-] равновесные концентрации соответствующих ионов в насыщенном растворе, моль/л; ПР_AgCl - произведение растворимости хлорида серебра.

Таким образом, произведение растворимости – произведение молярных концентраций катионов и анионов малорастворимого сильного электролита в насыщенном растворе при данной температуре. Величина ПР для каждого малорастворимого соединения постоянна при постоянной температуре и не зависит от концентрации ионов.

В насыщенном растворе малорастворимого соединения произведение концентраций ионов в растворе равно произведению растворимости.

Для этого же соединения, если произведение концентраций его ионов в растворе меньше произведения растворимости, раствор не насыщен. Осадок при этом не образуется. Если произведение концентраций ионов в растворе будет больше произведения растворимости, из раствора будет выпадать осадок.

Факторы, влияющие на произведение растворимости.

1. Одноименный ион. Если в растворе находится избыток одноименного иона труднорастворимой соли, то растворимость осадка определяется концентрацией в растворе другого иона соли. Растворимость осадка в присутствии одноименного иона понижается.

2. Ионная сила раствора. Противоположное влияние на растворимость оказывает присутствие в растворе сильного электролита, не содержащего одноименного иона с осадком. Повышение растворимости соли в этом случае называется солевым эффектом.

3. Влияние рН. Для осадков гидроксидов и малорастворимых солей, в состав которых входят анионы слабых кислот, повышение кислотности раствора увеличивает их растворимость в воде. Расчеты позволяют определить растворимость соединений при определенном значении рН раствора, а так же вычислить рН, при котором возможно образование или растворение осадка.

4. Комплексообразование. На растворимость осадка может оказывать влияние образование растворимых комплексных соединений. В этом случае растворимость увеличивается в результате протекания конкурирующей реакции, например, в присутствии аммиака растворимость хлорида серебра растет:

AgCl_(тв) ↔Ag⁺+Cl^-

Ag⁺+2NH₃↔[ Ag(NH₃)₂]

Степень растворимости осадка будет определяться соотношением величины ПР осадка и К_уст комплексного соединения.

Реакции осаждения лежат в основе метода осаждения, который широко применяют в аналитической химии для количественного определения фармацевтических препаратов. Метод осаждения используют также в клиническом анализе мочи, желудочного сока, крови, в санитарно-гигиенической практике – при анализе питьевых вод.

Ученые, изучая биологическую эволюцию, считают, что различная растворимость природных соединений элементов в воде оказала большое влияние на их содержание в живых организмах.

Между растворимостью соединений и токсическим действием ионов ряда элементов имеется тесная связь. Например, введение ионов Al³⁺ в организм вследствие образования малорастворимого фосфата алюминия приводит к рахиту.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что такое кислота и основание с точки зрения протонной теории Бренстеда?

2. Укажите сопряженную кислоту для следующих оснований: NH₃, H₂O, HPO₄^2-.

3. Дайте определение рН и ионного произведения воды.

4. Концентрация ионов [ОН^-] в растворе равна 6.5∙10^-8моль/л. Вычислите рН этого раствора.

5. Каково соотношение между К_а и К_b для сопряженной кислотно-основной пары?

6. Вычислите [Н⁺] для следующих растворов: а) моча, рН 6.0; б) слюна, рН 6.7; в) кровь, рН 7,4.

7. Что такое активная, потенциальная и общая кислотность? Как их определяют на практике?

8. При каких значениях рН желудочного сока имеет место пониженная кислотность?

9. Какие соли подвергаются гидролизу?

10. От каких факторов зависит степень гидролиза соли?

11. Какую биологическую роль играют процессы гидролиза в жизнедеятельности человека?

12. Каковы условия выпадения и растворения осадков?