Kaip apskaičiuoti tirpumą: 14 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: Jason Gerald | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-15 08:19

Chemijoje tirpumas naudojamas apibūdinti kietų junginių savybes, kurios sumaišomos ir visiškai ištirpsta skystyje, nepaliekant netirpių dalelių. Ištirpti gali tik jonizuoti (įkrauti) junginiai. Patogumui galite tiesiog įsiminti keletą taisyklių arba peržiūrėti sąrašą, ar dauguma kietų junginių liks kietos, kai bus dedamos į vandenį, ar ištirps dideliais kiekiais. Tiesą sakant, kai kurios molekulės ištirps, net jei nematysite pokyčių. Kad eksperimentas būtų atliktas tiksliai, turite žinoti, kaip apskaičiuoti ištirpusį kiekį.

Žingsnis

1 metodas iš 2: greitųjų taisyklių naudojimas

1 žingsnis. Tyrinėkite joninius junginius

Paprastai kiekvienas atomas turi tam tikrą skaičių elektronų. Tačiau kartais atomai įgyja arba praranda elektronus. Rezultatas yra a jonas kuris yra įkrautas elektra. Kai neigiamai įkrautas jonas (turintis vieną papildomą elektroną) susiduria su teigiamai įkrautu jonu (praranda elektroną), abu jonai susijungia kaip teigiami ir neigiami magneto poliai, sukurdami joninį junginį.

• Neigiamai įkrauti jonai vadinami anijonas, o teigiamai įkrautas jonas vadinamas katijonas.
• Įprastomis aplinkybėmis elektronų skaičius yra lygus atomų protonų skaičiui, todėl neigiamas jo elektros krūvis.

2 žingsnis. Supraskite tirpumo temą

Vandens molekulės (H.₂O) turi neįprastą struktūrą, panašią į magnetą. Vienas galas turi teigiamą krūvį, o kitas - neigiamai. Kai joninis junginys dedamas į vandenį, vandens „magnetas“jį supa ir bandys pritraukti bei atskirti teigiamus ir neigiamus jonus. Kai kurių joninių junginių ryšiai nėra labai stiprūs. Toks junginys tirpus vandenyje nes vanduo jonus atskirs ir ištirpins. Kai kurie kiti junginiai turi stipresnius ryšius, kad netirpsta vandenyje nepaisant to, kad juos supa vandens molekulės.

Įvairūs kiti junginiai turi vidinius ryšius, kurie yra tokie pat stiprūs, kaip jėga, kuria vanduo pritraukia molekules. Tokie junginiai vadinami šiek tiek tirpsta vandenyje nes didelę junginio dalį traukia vanduo, bet likusi dalis vis dar yra lydyta.

Žingsnis 3. Sužinokite apie tirpumo taisykles

Interatominė sąveika yra gana sudėtinga. Junginiai, kurie yra tirpūs arba netirpsta vandenyje, negali būti matomi intuityviai. Toliau pateiktame sąraše raskite pirmąjį junginio joną, kurio reikia ieškoti, kad nustatytumėte jo elgesį. Tada patikrinkite, ar nėra išimčių, kad įsitikintumėte, jog antrasis jonas neturi neįprastos sąveikos.

• Pavyzdžiui, norint patikrinti stroncio chloridą (SrCl₂), ieškokite Sr arba Cl toliau paryškintais veiksmais. Cl yra „paprastai tirpus vandenyje“, todėl patikrinkite kitą, ar nėra išimčių. Sr nėra įtraukta į išimtį, todėl SrCl₂ tikrai tirpsta vandenyje.
• Žemiau pateikiamos dažniausiai pasitaikančios kiekvienos taisyklės išimtys. Yra keletas kitų išimčių, tačiau jų tikriausiai nebus galima rasti laboratorijoje ar chemijos klasėje apskritai.

4 žingsnis. Junginiai gali būti ištirpinti, jei juose yra šarminių metalų, įskaitant Li⁺, Na⁺, K.⁺, Rb⁺ir Cs⁺.

Šie elementai taip pat žinomi kaip IA grupės elementai: ličio, natrio, kalio, rubidžio ir cezio. Beveik visi junginiai, turintys vieną iš šių jonų, tirpsta vandenyje.

• Išimtis:

  Li₃PO₄ netirpsta vandenyje.

5 žingsnis. NE Junginiai₃^-, C.₂H₃O₂^-, NE₂^-, ClO₃^-ir ClO₄^- tirpus vandenyje.

Pavadinimai yra atitinkamai nitrato, acetato, nitrito, chlorato ir perchlorato jonai. Atkreipkite dėmesį, kad acetatas dažnai sutrumpinamas iki OAC.

• Išimtis:

  Ag (OAc) (sidabro acetatas) ir Hg (OAc)₂ (gyvsidabrio acetatas) netirpsta vandenyje.

• AgNO₂^- ir KClO₄^- tik „mažai tirpsta vandenyje“.

Žingsnis 6. Cl. Junginiai^-, Br^-, ir aš^- paprastai mažai tirpsta vandenyje.

Chlorido, bromido ir jodido jonai visada sudaro vandenyje tirpius junginius, vadinamus halogenido druskomis.

• Išimtis:

  Jei vienas iš šių jonų suriša sidabro joną Ag⁺, gyvsidabris Hg₂²⁺arba švino Pb²⁺, gautas junginys netirpsta vandenyje. Tas pats pasakytina apie mažiau paplitusią junginį, būtent porą Cu⁺ ir talio Tl⁺.

Žingsnis 7. Junginiai, kuriuose yra SO₄^2- paprastai tirpsta vandenyje.

Paprastai sulfato jonai sudaro vandenyje tirpius junginius, tačiau yra keletas išimčių.

• Išimtis:

  Sulfato jonas sudaro netirpius junginius vandenyje su: stronciu Sr²⁺, baris Ba²⁺, švinas Pb²⁺, sidabro Ag⁺, kalcio Ca²⁺, radis Ra²⁺ir diatominis sidabras Ag₂²⁺. Atkreipkite dėmesį, kad sidabro sulfatas ir kalcio sulfatas yra pakankamai tirpūs, todėl kai kurie juos vadina mažai tirpiais vandenyje.

8 žingsnis. Junginiai, kuriuose yra OH^- arba S.^2- netirpsta vandenyje.

Aukščiau esantys jonai pavadinti hidroksidu ir sulfidu.

• Išimtis:

  Prisiminkite apie šarminius metalus (I-A grupės) ir kaip lengvai tų grupių elementų jonai sudaro vandenyje tirpius junginius? Li⁺, Na⁺, K.⁺, Rb⁺ir Cs⁺ sudarys vandenyje tirpius junginius su hidroksido arba sulfido jonais. Be to, hidroksidai su šarminių žemių jonais (II-A grupė) taip pat sudaro vandenyje tirpias druskas: kalcio Ca²⁺, stroncis Sr²⁺ir bario Ba²⁺. Atkreipkite dėmesį, kad junginiai, pagaminti iš hidroksidų ir šarminių žemių, vis dar turi pakankamai molekulių, sujungtų, todėl kartais vadinami „mažai tirpiais vandenyje“.

9 žingsnis. Junginiai, kuriuose yra CO₃^2- arba PO₄^3- netirpsta vandenyje.

Dar vienas karbonato ir fosfato jonų patikrinimas. Jūs jau turėtumėte žinoti, kas atsitiks su jonų junginiu.

• Išimtis:

  Šie jonai sudaro vandenyje tirpius junginius su šarminiais metalais, būtent Li⁺, Na⁺, K.⁺, Rb⁺ir Cs⁺, kaip ir amonio NH₄⁺.

2 metodas iš 2: tirpumo apskaičiavimas per K_sp

Žingsnis 1. Raskite produkto tirpumo konstantą K_sp.

Kiekvienas junginys turi skirtingą konstantą, turėsite jį rasti vadovėlio lentelėje arba internete. Kadangi vertės nustatomos eksperimentiškai, skirtingos lentelės gali rodyti skirtingas konstantas. Labai rekomenduojama vadovėlio lenteles naudoti, jei jų turite. Jei nenurodyta kitaip, daugumoje lentelių daroma prielaida, kad temperatūra yra 25ºC.

Pavyzdžiui, jei ištirpęs yra švino jodidas PbI₂, parašykite produkto tirpumo konstantą. Kreipdamiesi į lentelę bilbo.chm.uri.edu, naudokite konstantą 7, 1 × 10^–9.

Žingsnis 2. Užsirašykite cheminę lygtį

Pirma, nustatykite procesą, kurio metu junginys ištirpus išsiskiria į jonus. Tada parašykite cheminę lygtį su K_sp vienoje pusėje, o sudedamieji jonai - kitoje.

• Pavyzdžiui, PbI molekulė₂ suskaidytas į Pb. jonus²⁺, Aš^-ir I. jonai^-. (Jums tereikia žinoti arba ieškoti vieno jono krūvio, nes junginys kaip visuma turi neutralų krūvį.)
• Parašykite lygtį 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺] [Aš^-]²

Žingsnis 3. Pakeiskite lygtį ir naudokite kintamąjį

Perrašykite lygtį kaip paprastą algebrinę problemą, naudodami žinias apie molekulių ir jonų skaičių. Šioje lygtyje x yra tirpių junginių skaičius. Perrašykite kintamuosius, vaizduojančius kiekvieno jono skaičių x formoje.

• Šiame pavyzdyje lygtis perrašoma kaip 7, 1 × 10^–9 = [Pb²⁺] [Aš^-]²
• Kadangi yra vienas švino jonas (Pb²⁺) junginyje ištirpusio junginio molekulių skaičius yra lygus laisvųjų švino jonų skaičiui. Dabar galime parašyti [Pb²⁺] prieš x.
• Kadangi yra du jodo jonai (I.^-) kiekvienam švino jonui jodo atomų skaičių galima užrašyti 2 kartus.
• Dabar lygtis yra 7, 1 × 10^–9 = (x) (2x)²

4. Jei įmanoma, atsižvelkite į kitus paprastai esančius jonus

Praleiskite šį veiksmą, jei junginys ištirpsta gryname vandenyje. Kai junginys ištirpsta tirpale, kuriame jau yra vienas ar daugiau sudedamųjų jonų („bendrųjų jonų“), jo tirpumas žymiai padidės. Bendras joninis efektas geriausiai matomas junginiuose, kurie iš esmės netirpsta vandenyje. Šiuo atveju galima daryti prielaidą, kad dauguma jonų, esančių pusiausvyros būsenoje, gaunami iš jonų, jau esančių tirpale. Perrašykite reakcijos lygtį, kad įtrauktumėte žinomą molinę koncentraciją (moliai litre arba M) jau esančiame tirpale, taip pakeisdami jonui naudojamą x reikšmę.

Pavyzdžiui, jei junginio švino jodidas ištirpinamas tirpale, kuriame yra 0,2 M švino chlorido (PbCl₂), tada lygtis bus 7, 1 × 10^–9 = (0, 2M+x) (2x)². Tada, kadangi 0,2 M yra labiau koncentruota koncentracija nei x, lygtį galima perrašyti kaip 7,1 × 10^–9 = (0, 2 mln.) (2x)².

Žingsnis 5. Išspręskite lygtį

Išspręskite x, kad sužinotumėte, kaip junginys tirpsta vandenyje. Kadangi tirpumo konstanta jau nustatyta, atsakymas pateikiamas pagal ištirpusio junginio molių skaičių litre vandens. Galutiniam atsakymui apskaičiuoti gali prireikti skaičiuotuvo.

• Šis atsakymas skirtas tirpumui gryname vandenyje, be įprastų jonų.
• 7, 1×10^–9 = (x) (2x)²
• 7, 1×10^–9 = (x) (4 kartus²)
• 7, 1×10^–9 = 4 kartus³
• (7, 1×10^–9) 4 = x³
• x = ((7, 1 × 10^–9) ÷ 4)
• x = 1, 2 x 10^-3 moliai litre ištirps. Šis kiekis yra toks mažas, kad iš esmės netirpsta vandenyje.