En química, la solubilitat s’utilitza per descriure les propietats dels compostos sòlids que es barregen i es dissolen completament amb un líquid sense deixar cap partícula insoluble. Només es poden dissoldre compostos ionitzats (carregats). Per comoditat, podeu memoritzar algunes regles o consultar una llista per veure si la majoria dels compostos sòlids romandran sòlids quan es col·loquen a l’aigua o es dissolen en grans quantitats. De fet, algunes molècules es dissoldran fins i tot si no es pot veure el canvi. Per tal que l'experiment es faci amb precisió, heu de saber calcular la quantitat que es dissol.
Pas
Mètode 1 de 2: utilitzar regles ràpides
Pas 1. Estudieu els compostos iònics
Normalment cada àtom té un nombre determinat d’electrons. No obstant això, de vegades els àtoms guanyen o perden electrons. El resultat és un ió que es carrega elèctricament. Quan un ió carregat negativament (que té un electró addicional) es troba amb un ió carregat positivament (perdent un electró), els dos ions s’uneixen com els pols positiu i negatiu d’un imant, produint un compost iònic.
- Es denomina ions amb càrrega negativa anió, mentre es diu l’ió carregat positivament catió.
- En circumstàncies normals, el nombre d'electrons és igual al nombre de protons en un àtom, cosa que nega la seva càrrega elèctrica.
Pas 2. Comprendre el tema de la solubilitat
Molècules d’aigua (H2O) té una estructura inusual que és similar a un imant. Un extrem té una càrrega positiva, mentre que l’altre extrem està carregat negativament. Quan es col·loca un compost iònic a l'aigua, el "imant" d'aigua l'envoltarà i intentarà atraure i separar els ions positius i negatius. Els enllaços d'alguns compostos iònics no són molt forts. Aquest compost soluble en aigua perquè l’aigua separarà els ions i els dissoldrà. Alguns altres compostos tenen enllaços més forts de manera que no soluble en aigua tot i estar envoltat de molècules d’aigua.
Diversos altres compostos tenen enllaços interns tan forts com la força que l’aigua atrau a les molècules. Aquests compostos s’anomenen lleugerament soluble en aigua perquè una gran part del compost és atret per l’aigua, però la resta encara està fusionada.
Pas 3. Apreneu les regles sobre la solubilitat
Les interaccions interatòmiques són força complexes. Els compostos que són solubles o insolubles en aigua no es poden veure simplement intuïtivament. Cerqueu el primer ió del compost que cal cercar a la llista següent per determinar-ne el comportament. A continuació, comproveu si hi ha excepcions per assegurar-vos que el segon ió no tingui interaccions inusuals.
- Per exemple, per comprovar el clorur d’estronci (SrCl2), cerqueu Sr o Cl en els passos en negreta següents. El Cl és "soluble en aigua", així que comproveu si hi ha excepcions al següent. Sr no està inclòs a l'excepció, de manera que SrCl2 definitivament soluble en aigua.
- A continuació es detallen les excepcions més habituals de cada regla. Hi ha algunes altres excepcions, però probablement no es trobaran en un laboratori ni en una classe de química en general.
Pas 4. Els compostos es poden dissoldre si contenen metalls alcalins, inclòs Li+, Na+, K+, Rb+i Cs+.
Aquests elements també es coneixen com a elements del grup IA: liti, sodi, potassi, rubidi i cesi. Gairebé tots els compostos que contenen un d’aquests ions són solubles en aigua.
-
Excepció:
Li3PO4 insoluble en aigua.
Pas 5. NO. Compostos3-, C2H3O2-, NO2-, ClO3-, i ClO4- soluble en aigua.
Els noms són, respectivament, ions nitrat, acetat, nitrit, clorat i perclorat. Tingueu en compte que l’acetat sovint s’escurça a OAC.
-
Excepció:
Ag (OAc) (acetat de plata) i Hg (OAc)2 (l'acetat de mercuri) és insoluble en aigua.
- AgNO2- i KClO4- només "lleugerament soluble en aigua".
Pas 6. Cl. Compostos-, Germà-, i jo- generalment lleugerament soluble en aigua.
Els ions clorur, bromur i iodur sempre formen compostos solubles en aigua anomenats sals d’halurs.
-
Excepció:
Si un d’aquests ions uneix l’ió de plata Ag+, mercuri Hg22+, o plom Pb2+, el compost resultant és insoluble en aigua. El mateix passa amb el compost menys comú, és a dir, el parell Cu+ i el tal·li Tl+.
Pas 7. Compostos que contenen SO42- generalment soluble en aigua.
L’ió sulfat sol formar compostos solubles en aigua, però hi ha algunes excepcions.
-
Excepció:
L’ió sulfat forma compostos insolubles a l’aigua amb: estronci Sr.2+, bari Ba2+, condueix Pb2+, plata Ag+, Ca de calci2+, ràdio Ra2+, i la plata diatòmica Ag22+. Tingueu en compte que el sulfat de plata i el sulfat de calci són prou solubles que alguns els anomenen lleugerament solubles en aigua.
Pas 8. Compostos que contenen OH- o S2- insoluble en aigua.
Els ions anteriors s’anomenen hidròxid i sulfur.
-
Excepció:
Recordeu els metalls alcalins (grups I-A) i la facilitat amb què els ions dels elements d’aquests grups formen compostos solubles en aigua? Li+, Na+, K+, Rb+i Cs+ formaran compostos solubles en aigua amb ions hidròxid o sulfur. A més, els hidròxids també formen sals solubles en aigua amb ions alcalino-terrestres (grup II-A): calci Ca2+, estronci Sr.2+, i el bari Ba2+. Tingueu en compte que els compostos produïts a partir d’hidròxids i terres alcalines encara tenen prou molècules unides entre si que de vegades es diuen "lleugerament solubles en aigua".
Pas 9. Compostos que contenen CO32- o PO43- insoluble en aigua.
Una comprovació més de si hi ha ions carbonat i fosfat. Ja hauríeu de saber què passarà amb el compost dels ions.
-
Excepció:
Aquests ions formen compostos solubles en aigua amb metalls alcalins, és a dir, Li+, Na+, K+, Rb+i Cs+, com ho és l’amoni NH4+.
Mètode 2 de 2: càlcul de la solubilitat a través de Ksp
Pas 1. Cerqueu la constant de solubilitat del producte Ksp.
Cada compost té una constant diferent, l’haureu de buscar en una taula del llibre de text o en línia. Com que els valors es determinen de manera experimental, diferents taules poden mostrar constants diferents. Es recomana que utilitzeu les taules del llibre de text si les teniu. Tret que s'especifiqui el contrari, la majoria de taules suposen que la temperatura és de 25ºC.
Per exemple, si el que es dissol és el iodur de plom PbI2, escriviu la constant de solubilitat del producte. Quan feu referència a la taula de bilbo.chm.uri.edu, utilitzeu la constant 7, 1 × 10–9.
Pas 2. Escriviu l’equació química
En primer lloc, determineu el procés pel qual el compost es separa en ions quan es dissol. A continuació, escriviu l’equació química amb Ksp per una banda i els ions constituents per l’altra.
- Per exemple, una molècula de PbI2 dividit en ions Pb2+, Jo-, i jo. ions-. (Només cal conèixer o buscar la càrrega d’un ió perquè el compost en el seu conjunt té una càrrega neutra.)
- Escriu l’equació 7, 1 × 10–9 = [Pb2+] [Jo-]2
Pas 3. Canvieu l'equació per utilitzar una variable
Torneu a escriure l’equació com un simple problema algebraic mitjançant el coneixement del nombre de molècules i ions. En aquesta equació, x és el nombre de compostos solubles. Torneu a escriure les variables que representen el nombre de cada ió en forma x.
- En aquest exemple, l'equació es reescriu com a 7, 1 × 10–9 = [Pb2+] [Jo-]2
- Com que hi ha un ió de plom (Pb2+) en el compost, el nombre de molècules del compost dissolt és igual al nombre d’ions de plom lliures. Ara podem escriure [Pb2+] contra x.
- Com que hi ha dos ions iode (I-) per a cada ió de plom, el nombre d’àtoms de iode es pot escriure com a 2x.
- Ara l’equació és 7, 1 × 10–9 = (x) (2x)2
Pas 4. Tingueu en compte altres ions que normalment es presenten si és possible
Omet aquest pas si el compost es dissol en aigua pura. Quan un compost es dissol en una solució que ja conté un o més dels ions constituents ("ions comuns"), la seva solubilitat augmentarà significativament. L’efecte iònic general es veu millor en compostos que són en gran part insolubles en aigua. En aquest cas es pot suposar que la majoria dels ions en equilibri provenen d’ions ja presents en solució. Torneu a escriure l'equació de la reacció per incloure la concentració molar coneguda (mols per litre o M) de l'ió ja present en la solució, substituint així el valor de x utilitzat per a l'ió.
Per exemple, si el iodur de plom compost es dissol en una solució que conté 0,2 M de clorur de plom (PbCl2) llavors l'equació serà 7, 1 × 10–9 = (0, 2M + x) (2x)2. Llavors, com que 0,2 M és una concentració més concentrada que x, l'equació es pot reescriure com a 7,1 × 10–9 = (0, 2M) (2x)2.
Pas 5. Resol l’equació
Resol x per esbrinar com és de soluble el compost a l’aigua. Com que la constant de solubilitat ja s’ha establert, la resposta és en termes del nombre de mols del compost dissolt per litre d’aigua. És possible que necessiteu una calculadora per calcular la resposta final.
- La següent resposta és per a la solubilitat en aigua pura, sense els ions comuns.
- 7, 1×10–9 = (x) (2x)2
- 7, 1×10–9 = (x) (4x2)
- 7, 1×10–9 = 4x3
- (7, 1×10–9) 4 = x3
- x = ((7, 1 × 10–9) ÷ 4)
- x = 1, 2 x 10-3 els mols per litre es dissoldran. Aquesta quantitat és tan petita que és essencialment insoluble en aigua.
