Susietosios pusiausvyros, tirpumo sandaugos ir kompleksų susidarymas

Suprastinkite vienodų cheminių dalelių narius ir dauginkite suderintas konstantas

Hipotetinių izomerų reakcijų A ⇌ B, kurios K₁° = 4.00, ir B ⇌ C, kurios K₂° = 0.500, suminė lygtis yra A ⇌ C. Dauginant (a_B/a_A)(a_C/a_B), tas pats a_B suprastinamas ir gaunama K° = K₁°K₂° = 2.00. Temperatūra ir standartinės būsenos apibrėžimo susitarimai turi būti suderinti.

Apgręžus susidarymo reakciją, tuo pačiu pagrindu apibrėžta disociacijos konstanta yra atvirkštinė susidarymo konstantai. Bendroji kelių ligandų prisijungimo konstanta savaime nėra kiekvienos atskiros pakopos konstanta. Kiekvieną vertę susiekite su užrašyta stechiometrija.

Tirpimo lygtis lemia laipsnių rodiklius

Atskirai hipotetinei druskai AB₂(s) ⇌ A²⁺(aq) + 2 B⁻(aq), esant pastoviai nustatytai temperatūrai, tarkime, kad iš pradžių jonų neturintis vanduo liečiasi su grynos kietosios medžiagos pertekliumi, kurio dalis lieka neištirpusi. Tirpalas yra idealus ir praskiestas, c° = 1 mol L⁻¹, o šalutinių pusiausvyrų nėra. Jei molinis tirpumas yra s, laisvųjų jonų koncentracijos yra [A²⁺] = s ir [B⁻] = 2s.

Nurodyta bedimensė K_sp° = 3.20 × 10⁻¹¹ lygi (s/c°)(2s/c°)² = 4(s/c°)³. Taigi s = 2.00 × 10⁻⁴ mol L⁻¹. K_sp° nėra s, o pagal šią stechiometriją negaunama s². Abiejų ženklų krūviai subalansuoti: 2s teigiamųjų ekvivalentų ir 2s neigiamųjų ekvivalentų.

Naudokite laisvųjų jonų sandaugą po sumaišymo

Tirpimo lygties atveju Q_sp > K_sp° rodo, kad pagal šį modelį nuosėdų susidarymas yra termodinamiškai palankus. Apskaičiuokite laisvųjų jonų aktyvumus po sumaišymo ir praskiedimo. Persotinimas gali išlikti, jei kristalizacijos užuomazgos susidaro lėtai, todėl reakcijos dalmuo negarantuoja, kad iškart susidarys matomų nuosėdų.

Bendrasis jonas gali sumažinti paprastosios druskos tirpumą. Kitame hipotetiniame AB(s) ⇌ A⁺ + B⁻ modelyje, kuriame K_sp° = 1.00 × 10⁻¹⁰ ir c° = 1 mol L⁻¹, esant tai pačiai nurodytai pastoviai temperatūrai ir liekant gryno AB(s) pertekliui, tirpumas s gryname vandenyje yra 1.00 × 10⁻⁵ mol L⁻¹. Atskirai pusiausvyrai, taikant tas pačias idealumo ir šalutinių reakcijų nebuvimo prielaidas, kai tirpi elektriškai neutrali druska iš pradžių suteikia 0.0100 mol L⁻¹ B⁻ ir lieka gryno AB(s) perteklius, gaunama s(0.0100+s) = 1.00 × 10⁻¹⁰, naudojant skaitines koncentracijų vertes mol L⁻¹ vienetais; s yra apytiksliai 1.00 × 10⁻⁸ mol L⁻¹. Čia neatsižvelgiama į aktyvumo pataisas, protonavimą ir kompleksų susidarymą.

Surištas metalas įeina į bendrąjį metalo kiekį, bet nėra laisvasis metalas

Paskutinė hipotetinė pusiausvyra yra M⁺ + 2 L ⇌ ML₂⁺, kur L yra neutralus, o kompleksas išlaiko krūvį +1. Naudokite normuotąsias koncentracijas idealiuoju atveju, kai c° = 1 mol L⁻¹ ir K_f° = 1.00 × 10³. Nurodytoje suderintoje pusiausvyros būsenoje laisvųjų M⁺ koncentracija [M⁺] = 0.00100 mol L⁻¹, o laisvojo L koncentracija [L] = 0.100 mol L⁻¹. Tuomet gaunama [ML₂⁺] = 0.0100 mol L⁻¹.

Bendroji ištirpusio metalo koncentracija yra 0.00100 + 0.0100 = 0.0110 mol L⁻¹, o bendroji ligando koncentracija yra 0.100 + 2 × 0.0100 = 0.120 mol L⁻¹. Priešjoniai atsveria katijonų krūvį. Tai pateiktos pusiausvyros koncentracijos, o ne pradiniai kiekiai; į kitus kompleksus ir ligando protonavimą neatsižvelgiama. Surišant laisvuosius jonus gali padidėti bendroji ištirpusio metalo koncentracija, todėl laisvųjų jonų reakcijos dalmenyje negalima jos nepastebimai naudoti vietoj laisvųjų jonų koncentracijos.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Kokia yra suminės reakcijos A ⇌ C pusiausvyros konstanta, kai suderinamos konstantos yra K₁° = 4.00 ir K₂° = 0.500?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   2.00.

   Suprastinkite bendrąjį aktyvumo narį ir sudauginkite abi konstantas.

2. Idealaus AB₂ tirpimo atveju, kai tirpumas yra s, kokia yra K_sp° pagal nurodytą susitarimą?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   4(s/c°)³.

   Vienas A²⁺ jonas ir du B⁻ jonai duoda daugiklius s/c° ir (2s/c°)².

3. Ar skaičiuojant nusodinimo reakcijos dalmenį reikėtų naudoti nesumaišytų pradinių tirpalų koncentracijas?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Jam apskaičiuoti reikia atitinkamų laisvųjų jonų aktyvumų po sumaišymo ir praskiedimo.

4. Ar bendra ištirpusio metalo koncentracija būtinai lygi laisvųjų metalo jonų koncentracijai?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Ne.

   Kompleksai ir kitos ištirpusios cheminės dalelės, kurių sudėtyje yra metalo, taip pat prisideda prie bendros koncentracijos.

Ką verta įsidėmėti

• Konstantas derinkite tik su suderinamomis lygtimis ir susitarimais.
• Naudokite tirpimo stechiometriją, krūvio balansą ir likusią kietąją fazę.
• Reakcijos dalmuo leidžia numatyti nusodinimo tendenciją, o ne greitį.
• Skirkite laisvąsias chemines daleles nuo nekintančių suminių analitinių koncentracijų.