Back to chapter

16.11:

גורמים המשפיעים על מסיסות

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Factors Affecting Solubility

Languages

Share

מסיסותה של תרכובת יונית יכולה להשתנות בהתאם למומסים אחרים הנמצאים בתמיסה. המומס יכול להיות יון המשותף לתרכובת, חומצה או בסיס. לכן, שני גורמים משמעותיים, המשפיעים על המסיסות הם אפקט היון המשותף ו-pH התמיסה.אם נוסיף עופרת(II)דו-כלורית לתמיסת נתרן כלורי שני המלחים יתייננו במים, וייצרו קטיוני נתרן ועופרת(II)ואת האניון המשותף, כלוריד. משום שיוני הכלוריד בתמיסה באים גם מהיינון המלא של נתרן כלורי וגם מהיינון החלקי של עופרת(II)דו-כלורית, ריכוזם יהיה גבוה יותר מאשר זה של יוני הנתרן או העופרת(II)כפיצוי, שיווי המשקל בין מוצק העופרת(II)הדו-כלורית והיונים שלה בתמיסה נע לכיוון המלח שלא התפרק וגורם לכמות גדולה יותר של עופרת(II)דו-כלורית להישאר בלתי-מומסת. לכן, נוכחותו של יון משותף מפחיתה את מסיסותו של חומר קשה תמס.לדוגמה, את המסיסות המולרית, x, של עופרת(II)דו-כלורית בתמיסת נתרן כלורי 0.100 מולר ניתן לחשב בעזרת טבלת ה-ICE. ריכוז ההתחלה של יוני עופרת(II)בתמיסה הוא אפס, בעוד כלוריד נמצא ב-0.100 מולר. כל מולקולה של עופרת(II)דו-כלורית תתפרק ליון עופרת(II)ולשני יוני כלוריד.לכן השינוי בריכוז יוני העופרת(II)יהיה x+וזה של הכלוריד יהיה 2x+ריכוז שיווי המשקל של יוני העופרת(II)יהיה x, אבל ביוני הכלוריד, הוא יהיה הסכום של 2x ו-0.100. ב-25 מעלות צלזיוס, ה-Ksp של עופרת(II)דו-כלורית הוא 1.17 כפול 10 בחזקת מינוס 5 וביטוי שיווי המשקל הוא מכפלת ריכוזי שיווי המשקל של יוני עופרת(II)וכלוריד, שהוא x כפול הריבוע של משום שה-Ksp קטן, 2x קטן בהרבה מ-0.100 מולר והסכום של שניהם הוא 0.100 בקירוב. הצבת הערכים בביטוי נותנת 1.17 כפול 10 בחזקת מינוס 5 שווה ל-x כפול 0.100 מולר בריבוע.בפתרון עבור x, המסיסות המולרית של עופרת(II)דו-כלורית בתמיסת נתרן כלורי 0.100 מולר היא 1.17 כפול 10 בחזקת מינוס 3 מולר. בהשוואה למסיסות המולרית של עופרת(II)דו-כלורית במים, שהיא 1.43 כפול 10 בחזקת מינוס 2 מולר, אפקט היון המשותף מפחית את מסיסות העופרת(II)הדו-כלורית פי 12. מסיסותה של תרכובת יכולה גם להיות מושפעת מה-pH של התמיסה.חשבו על הפירוק החלקי של סידן הידרוקסיד ליוני סידן והידרוקסיד. אם מעלים את ה-pH על ידי הוספת אשלגן הידרוקסיד, לדוגמה, יון ההידרוקסיד המשותף, ינמיך את המסיסות של סידן הידרוקסיד. בדומה לכך, אם ה-pH קטן, לדוגמה על ידי הוספת חומצה הידרוכלורית, הפרוטונים יתחברו עם יוני הידרוקסיד ויורידו את ריכוז יוני ההידרוקסיד בתמיסה.שיווי משקל המסיסות של סידן הידרוקסיד יזוז לכיוון התוצרים, ויוביל למסיסות מוגברת בתמיסה חומצית.

16.11:

גורמים המשפיעים על מסיסות

Compared with pure water, the solubility of an ionic compound is less in aqueous solutions containing a common ion (one also produced by dissolution of the ionic compound). This is an example of a phenomenon known as the common ion effect, which is a consequence of the law of mass action that may be explained using Le Chȃtelier’s principle. Consider the dissolution of silver iodide:

Eq1

This solubility equilibrium may be shifted left by the addition of either silver or iodide ions, resulting in the precipitation of AgI and lowered concentrations of dissolved Ag+ and I. In solutions that already contain either of these ions, less AgI may be dissolved than in solutions without these ions.

This effect may also be explained in terms of mass action as represented in the solubility product expression:

Eq2

The mathematical product of silver and iodide ion molarities is constant in an equilibrium mixture regardless of the source of the ions, and so an increase in one ion’s concentration must be balanced by a proportional decrease in the other.

The Role of Precipitation in Wastewater Treatment

Solubility equilibria are useful tools in the treatment of wastewater carried out in facilities that may treat the municipal water in a city or town. Specifically, selective precipitation is used to remove contaminants from wastewater before it is released back into natural bodies of water. For example, phosphate ions (PO43−) are often present in the water discharged from manufacturing facilities. An abundance of phosphate causes excess algae to grow, which impacts the amount of oxygen available for marine life as well as making the water unsuitable for human consumption.

One common way to remove phosphates from water is by the addition of calcium hydroxide, or lime, Ca(OH)2. As the water is made more basic, the calcium ions react with phosphate ions to produce hydroxylapatite, Ca5(PO4)3·OH, which then precipitates out of the solution:

Eq3

Because the amount of calcium ion added does not result in exceeding the solubility products for other calcium salts, the anions of those salts remain behind in the wastewater. The precipitate is then removed by filtration, and the water is brought back to a neutral pH by the addition of CO2 in a recarbonation process. Other chemicals can also be used for the removal of phosphates by precipitation, including iron(III) chloride and aluminum sulfate.

 This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 15.1: Precipitation and Dissolution.

Suggested Reading

  1. Koubek, E. "Demonstration of the Common Ion Effect." Journal of chemical education 70, no. 2 (1993): 155.
  2. Amaral, L. F., I. R. Oliveira, R. Salomão, E. Frollini, and V. C. Pandolfelli. "Temperature and common-ion effect on magnesium oxide (MgO) hydration." Ceramics International 36, no. 3 (2010): 1047-1054.
  3. Cassens, Jan, Anke Prudic, Feelly Ruether, and Gabriele Sadowski. "Solubility of pharmaceuticals and their salts as a function of pH." Industrial & Engineering Chemistry Research 52, no. 7 (2013): 2721-2731.