Równowagi kompleksowo-jonowe

Rozpuszczalność

Dlaczego niektóre ciała stałe rozpuszczają się w wodzie?

Cukier, którego używamy do słodzenia kawy lub herbaty jest ciałem stałym molekularnym, w którym poszczególne cząsteczki są utrzymywane razem przez stosunkowo słabe siły międzycząsteczkowe. Kiedy cukier rozpuszcza się w wodzie, słabe wiązania pomiędzy poszczególnymi cząsteczkami sacharozy zostają zerwane, a cząsteczki C12H22O11 są uwalniane do roztworu.

Potrzebna jest energia do zerwania wiązań pomiędzy cząsteczkami C12H22O11 w sacharozie. Potrzeba również energii, aby przerwać wiązania wodorowe w wodzie, które muszą być przerwane, aby wprowadzić jedną z tych cząsteczek sacharozy do roztworu. Cukier rozpuszcza się w wodzie, ponieważ energia jest wydzielana, gdy lekko polarne cząsteczki sacharozy tworzą wiązania międzycząsteczkowe z polarnymi cząsteczkami wody. Słabe wiązania, które tworzą się między solutem a rozpuszczalnikiem, kompensują energię potrzebną do zaburzenia struktury zarówno czystego solutu, jak i rozpuszczalnika. W przypadku cukru i wody proces ten przebiega tak dobrze, że do 1800 gramów sacharozy może rozpuścić się w litrze wody.

Ciała stałe jonowe (lub sole) zawierają jony dodatnie i ujemne, które są utrzymywane razem przez silną siłę przyciągania między cząsteczkami o przeciwnych ładunkach. Kiedy jedno z tych ciał stałych rozpuszcza się w wodzie, jony tworzące ciało stałe są uwalniane do roztworu, gdzie wiążą się z polarnymi cząsteczkami rozpuszczalnika.

Możemy ogólnie założyć, że sole dysocjują na swoje jony, kiedy rozpuszczają się w wodzie. Związki jonowe rozpuszczają się w wodzie, jeśli energia wydzielana podczas interakcji jonów z cząsteczkami wody kompensuje energię potrzebną do zerwania wiązań jonowych w ciele stałym i energię potrzebną do oddzielenia cząsteczek wody, tak aby jony mogły zostać wprowadzone do roztworu.

Równowagi rozpuszczalności

Dyskusje o równowagach rozpuszczalności opierają się na następującym założeniu: Kiedy ciała stałe rozpuszczają się w wodzie, dysocjują dając cząstki elementarne, z których powstały. Tak więc, molekularne ciała stałe dysocjują dając pojedyncze cząsteczki

i jonowe ciała stałe dysocjują dając roztwory jonów dodatnich i ujemnych, które zawierają.

Gdy sól jest dodawana po raz pierwszy, rozpuszcza się i szybko dysocjuje. Dlatego przewodnictwo roztworu początkowo szybko wzrasta.

Stężenia tych jonów wkrótce staną się na tyle duże, że reakcja odwrotna zacznie konkurować z reakcją postępową, co prowadzi do zmniejszenia szybkości, z jaką jony Na+ i Cl- dostają się do roztworu.

W końcu, stężenia jonów Na+ i Cl- stają się na tyle duże, że szybkość, z jaką następuje wytrącanie, dokładnie równoważy szybkość, z jaką następuje rozpuszczanie NaCld. Gdy to się stanie, nie ma zmiany w stężeniu tych jonów z czasem i reakcja jest w równowadze. Kiedy układ ten osiąga równowagę, nazywany jest roztworem nasyconym, ponieważ zawiera maksymalne stężenie jonów, które mogą istnieć w równowadze z solą stałą. Ilość soli, którą należy dodać do danej objętości rozpuszczalnika, aby utworzyć roztwór nasycony, nazywa się rozpuszczalnością soli.

Reguły rozpuszczalności

W danych uzyskanych z pomiarów rozpuszczalności różnych soli można znaleźć wiele prawidłowości. Wzorce te stanowią podstawę dla reguł przedstawionych w poniższej tabeli, które mogą być pomocne w przewidywaniu, czy dana sól rozpuści się w wodzie. Reguły te opierają się na następujących definicjach terminów: rozpuszczalny, nierozpuszczalny i słabo rozpuszczalny.

• Sól jest rozpuszczalna, jeśli rozpuszcza się w wodzie, dając roztwór o stężeniu co najmniej 0,1 mola na litr w temperaturze pokojowej.
• Sól jest nierozpuszczalna, jeżeli stężenie roztworu wodnego jest mniejsze niż 0,001 M w temperaturze pokojowej.
• Sole słabo rozpuszczalne dają roztwory, które mieszczą się pomiędzy tymi skrajnościami.

Reguły rozpuszczalności związków jonowych w wodzie