مسابقه 266
در این مسابقه قصد داریم تا با هم کمی بیش‌تر با حلالیت، ثابت حلالیت و ترکیباتی که در اب حل می‌شوند و نمی‌شوند و روش محاسبه‌ی حلالیت آشنا شویم. در پایان نیز با طرح یک سؤال دانسته‌های خودمان را بسنجیم.
حلالیت، یکی از خواص مواد شیمیایی جامد یا مایع و یا گاز می‌باشد که این ویژگی را به آن می‌دهد که بتواند در یک حلال جامد، مایع یا گاز حل شود و یک محلول همگن را ایجاد کند. حلالیت یک ماده اساسا به خواص فیزیکی و شیمیایی حلال و حل‌شونده‌ی مورد استفاده، دما، فشار و pH محلول بستگی دارد.
مقدار حلالیت یک ماده در یک حلال مخصوص از غلظت اشباع آن در آن حلال اندازه‌گیری می‌شود. غلظت اشباع یک حل‌شونده در یک حلال غلظتی از حل‌شونده می‌باشد که در آن غلظت دیگر هر چقدر حل‌شونده اضافه می‌شود غلظت تغییر نکرده و حل‌شونده‌ی اضافی رسوب می‌کند. اکثر حلال‌هایی که موجود هستند حلال‌هایی به صورت مایع هستند که مرسوم‌ترین آن حلال‌های آبی است.
 |
دانستن این که کدام ترکیبات در آب حل می‌شوند و کدام نمی‌شوند، امری ضروری است برای این که بدانیم که آیا واکنشی که داریم ایجاد رسوب می‌کند یا خیر. برای این منظور هر ترکیب یونی ثابتی، به نام ثابت حلالیت در نظر گرفته شده است که با نماد Ksp نمایش داده می‌شود. Ksp بزرگ‌تر نشان‌دهنده‌ی حلالیت بیش‌تر آن ماده می‌باشد و برعکس Ksp کمتر نشان‌دهنده‌ی حلالیت کمتر. Ksp بنابر دما، فشار و pH معین در هر حلال برای هر حل‌شونده‌ای مقدار خاصی می‌باشد. لیستی که در زیر تهیه شده است ترکیبات مهمی که در آب حل می‌شوند یا نمی‌شوند را دسته‌بندی کرده است. ( نکته: هیچ ماده‌ای وجود ندارد که اصلا در آب یا در هر حلال دیگری حل نشود، نامحلول به معنی این است که مقداری که در حلال حل می‌شود بسیار کم است.)
 |
1) تمام ترکیبات گروه 1 اصلی جدول تناوبی (فلزات قلیایی) در آب حل می‌شوند. 2) تمام نمک‌های آمونیم در آب حل می‌شوند. 3) تمام ترکیبات نیترات، کلرات، پرکلرات و استات‌ها حلال‌اند. 4) تمام نمک‌های کلرید، برمید و یدید در آب حلال‌اند به جز آن‌هایی که با نقره، سرب یا جیوه2 ترکیب شوند. 5) تمام سولفات‌ها در آب حل می‌شوند به جز آن‌هایی که با باریم، استرانسیم، کلسیم، سرب، جیوه(1و2) و نقره ترکیب شده‌باشند. 6) تمام هیدروکسید‌ها در آب نامحلول‌اند به جز آن‌هایی که با گروه فلزات قلیایی و باریم، کلسیم و استرانسیم ترکیب شده‌باشند. 7) تمام سولفید‌ها غیرحلال‌اند به جز گروه 1 اصلی و 2 اصلی. 8) تمام سولفیت‌ها، کربنات‌ها و فسفات‌ها غیر حلال‌اند به جز آن‌هایی که با گروه 1 اصلی و آمونیم ترکیب شده‌اند.
نمک‌هایی که در آب به دلیل ایجاد عملیات آب‌پوشی و قطب‌های مثبت و منفی به هم جذب شده و حل می‌شوند. برای مثال نقره با بار مثبت به اکسیژن با بار منفی در آب جذب می‌شود و همین‌طور کلر با بار منفی به هیدروژن با بار مثبت در ترکیب آب جذب می‌شود، که در نتیجه باعث واکنش تعادلی زیر می‌شود:
به هر حال یک حدی وجود دارد که چقدر یک نمک در یک حجم معینی از آب حل می‌شود، این مقدار را ثابت حلالیت (Ksp) تعیین می‌کند. Ksp برای ترکیب AgCl از رابطه‌ی زیر یعنی ضرب غلظت‌های هر کدام از یون‌های ترکیب یونی هر یک به توان ضریب استوکیومتری‌اشان به دست می‌آید. البته مقدار عددی Ksp از جدول مربوط به آن که بنابر دمای مورد نظر دسته‌بندی می‌شود نیز می‌توان یافت.
حال مقدار حلالیت از رابطه‌ی زیر به‌دست می‌آید:
غلظت کلر و نقره از واکنش تعادلی میرساند که با هم برابر است [-Ag+] = [Cl]
Ag+]2 = 1.8 × 10-10]
Ag+] = 1.34 × 10-5]
حال نتیجه می‌شود که 1 لیتر آب 0.0134 میلی مول از AgCl در دمای 25 درجه‌ی سلیسیوس را در خود می‌تواند حل کند.
حالا با اطلاعات بالا می‌توانیم به راحتی سؤال زیر که سؤال المپیاد 2012 آمریکاست را حل کنیم:
حلالیت Ba(IO3)2 (باریم یدایت) در آب خالص در دمای 25 درجه‌ی سلیسیوس چند مول بر لیتر می‌باشد؟
[Ksp(25oC)=6.0 ×10-10]
1. 1.2 × 10-5
2. 1.7 × 10-5
3. 5.3 × 10-4
4. 8.4 × 10-4