Zapisz jako PDF

Spis treści
1 Wstęp
1.1 Iloczyn rozpuszczalności
1.2 Osady trudno rozpuszczalne w analizie
2 Część doświadczalna
2.1 Cel ćwiczenia
2.2 Zagadnienia do przygotowania
2.3 Odczynniki
2.4 Wykonanie ćwiczenia
3 Literatura
4 Wartości dla wybranych trudno rozpuszczalnych związków
Wstęp
Iloczyn rozpuszczalności
Iloczyn rozpuszczalności jest wielkością charakteryzującą tworzenie się osadów trudno
rozpuszczalnych soli MA, znajdujących się w stanie równowagi z jonami M+ i A¯, pochodzącymi z
dysocjacji tej soli. Równowagi odwracalnych reakcji tworzenia i dysocjacji trudno rozpuszczalnych
związków przebiegających zgodnie z równaniem
M+ + A¯ ↔ MA (↓)
można opisać za pomocą stałych równowagi
Stała
nazywana jest iloczynem rozpuszczalności. Przyjmując wartość [MA] jako stałą (osad
stanowi fazę stałą), wzór na iloczyn rozpuszczalności upraszcza się do postaci
Iloczyny rozpuszczalności są wielkościami stałymi dla danego rozpuszczalnika i określonej
temperatury.
W przypadku reakcji typu
mMn+ + nAm- ↔ MmAn (↓)
iloczyn rozpuszczalności trudno rozpuszczalnego związku wyraża się wzorem
Ze wzoru tego można korzystać charakteryzując roztwory trudno rozpuszczalnych substancji o
niskiej sile jonowej, ponieważ współczynniki aktywności jonów są bliskie wartości 1. Jeżeli jednak
reakcja tworzenia trudno rozpuszczalnego osadu zachodzi w roztworze o wysokiej sile jonowej
(zawierającym obce jony o znacznym stężeniu molowym), należy wówczas posługiwać się
termodynamicznym (aktywnościowym) iloczynem rozpuszczalności
Rozpuszczalność substancji trudno rozpuszczalnych może być określona nie tylko za pomocą
iloczynu rozpuszczalności (
), ale również za pomocą rozpuszczalności (R), którą podaje się
3
zazwyczaj w gramach na dm .
Z przedstawionych powyżej rozważań na temat iloczynu rozpuszczalności wynikają ważne wnioski:
strącanie osadu soli trudno rozpuszczalnych zaczyna się po przekroczeniu takich stężeń jonów,
których iloczyn ma wartość
tej soli;
jeżeli w roztworze obecne są różne jony tworzące trudno rozpuszczalne osady z tym samym
czynnikiem strącającym, to w pierwszej kolejności strąca się sól, której iloczyn
rozpuszczalności jest najmniejszy, a następne sole strącają się w kolejności wzrastających
wartości
;
zmiana stężenia jednego z jonów pozostającym w równowadze z osadem powoduje
odpowiednią zmianę stężenia drugiego jonu, aby ich iloczyn pozostał stały;
wzrost siły jonowej wynikający z obecności elektrolitów nie mających jonów wspólnych z
osadem powoduje wzrost stężenia jonów Mn+ i Am-, czyli wzrost rozpuszczalności.
Reakcje strącania osadów dzieli się na 3 typy:
tworzenie trudno rozpuszczalnych soli
Ag+ + Cl¯ → AgCl↓,
tworzenie trudno rozpuszczalnych wodorotlenków
Cu2+ + 2OH¯ → Cu(OH)2↓,
tworzenie trudno rozpuszczalnych kwasów
SiO32- + 2H+ → H2SiO3↓.
Osady trudno rozpuszczalne w analizie
Strącanie osadów trudno rozpuszczalnych związków jest podstawą analitycznych metod rozdzielania,
wykrywania i oznaczania pierwiastków. Osady mające znaczenie w analizie chemicznej można
podzielić na 2 grupy: osady krystaliczne i osady koloidalne.
Osady krystaliczne charakteryzują się uporządkowana budową krystaliczną. Postać
drobnokrystaliczna lub grubokrystaliczna osadu zależy od sposobu jego strącania. Po przekroczeniu
iloczynu rozpuszczalności tworzą się najpierw tzw. zarodki krystaliczne, które wzrastają do
rozmiarów właściwych kryształów. Jeżeli warunki strącania umożliwiają powstaniecie niewielkiej
liczby zarodków, to otrzymuje się osad gruboziarnisty. Powstawanie takich osadów zapewnia mały
nadmiar czynników strącających i ich powolne dodawanie, mieszanie roztworu, wysoka temperatura.
Osady koloidalne powstają w wyniku łączenia się cząsteczek trudno rozpuszczalnej substancji w
aglomeraty posiadające jednoimienne ładunki elektryczne, które odpychając się wzajemnie tworzą
zol. Pod wpływem elektrolitu następuje koagulacja zolu w żel, czyli strącanie osadu koloidalnego.
Przemywanie osadu koloidalnego wodą powoduje proces odwrotny, czyli przechodzenie żelu w zol
(peptyzacja).
Osady koloidalne maja dużą powierzchnię i wykazują zdolność do adsorbowania innych jonów
obecnych w roztworze, co prowadzi do znacznego zanieczyszczenia osadów. Dokładne ich
oczyszczenie wymaga procesu podwójnego strącania.
Osady koloidalne dzieli się na hydrofilowe (wykazujące duże powinowactwo do wody) oraz
hydrofobowe (niechętnie przyłączające cząsteczki wody). Przykładem koloidu hydrofilowego jest
uwodniony kwas krzemowy, którego koagulacja wymaga wysokiego stężenia elektrolitu. Przykładem
koloidu hydrofobowego jest As2S3, który ulega szybkiej koagulacji po dodaniu niewielkiej ilości
elektrolitu.
Część doświadczalna
Cel ćwiczenia
Strącanie trudno rozpuszczalnych osadów w roztworach wodnych zawierających jony metali.
Analiza jakościowa jonów metali.
Identyfikacja jonów metali w mieszaninach.
Zagadnienia do przygotowania
Układ dyspersyjny.
Roztwór właściwy.
Roztwór koloidalny.
Osad krystaliczny i koloidalny.
Rozpuszczalność, iloczyn rozpuszczalności (stężeniowy i aktywnościowy).
Odczynniki
Sole: CaCl2, SnCl2, MgCl2, FeCl3, AlCl3, MnSO4, NiSO4, ZnSO4, CuSO4, FeSO4 (substancje stałe).
Pb(NO3)2 (roztwór wodny) (związek toksyczny!).
Czynniki strącające osady: KOH, H3PO4, KJ, KSCN, Na2C2O4, K4[Fe(CN)6] (roztwory wodne).
Wykonanie ćwiczenia
Przygotować 100 cm3 roztworu wodnego każdej soli o stężeniu 0,01 M
Umieścić w statywie probówki (co najmniej 8 sztuk)
Do każdej probówki wlać 3 ml roztworu wybranej soli (w każdej probówce inny kation)
Na podstawie wartości Kso odczytanej z tablic wybrać dla każdego kationu przynajmniej jeden
czynnik strącający trudno rozpuszczalny osad
Dla każdego kationu przeprowadzić przynajmniej jedną reakcję strącania osadu wkraplając
czynnik strącający do probówki zawierającej roztwór odpowiedniego kationu
Zapisać zaobserwowany efekt (barwę, postać i trwałość osadu)
Napisać reakcje tworzenia trudno rozpuszczalnych osadów dla zbadanych kationów
Dla dwóch wybranych reakcji obliczyć minimalne stężenie czynnika strącającego, przy którym
zacznie się strącać osad
Wykorzystać reakcje strącania do identyfikacji kationów w mieszaninie przygotowanej przez
osobę prowadzącą
Ze względu na toksyczne właściwości związków ołowiu, reakcje z Pb(NO3)2 będą
przeprowadzone tylko w formie pokazów, przez osoby prowadzące ćwiczenia.
Literatura
J. Minczewski, Z. Marczenko, „Chemia analityczna”, Wydawnictwo Naukowe PW
Wartości
związków
dla wybranych trudno rozpuszczalnych
(podane wartości są ujemnymi logarytmami iloczynów rozpuszczalności)
Plik:Wartosci pkso.png