A1.5 Opløselighedsligevægte
Kalken i elkedlen, nyresten og drypsten i en grotte er alle tungtopløselige salte, der er faldet ud af en opløsning. I bogen til B-niveau, afsnit B2.7, lærte du at regne på sådan et salt med opløselighedsproduktet. Reglerne er de samme som for gasserne: ligevægtsloven og SÆL-skemaet fra afsnit A1.3, nu med koncentrationer i stedet for partialtryk. Dette afsnit repeterer det vigtigste og går et skridt videre: hvad sker der, når opløsningen i forvejen indeholder en af ionerne, og hvor meget er der tilbage i opløsningen, når bundfaldet er dannet?
Det vigtigste fra B-niveau
Et tungtopløseligt salt i vand er i ligevægt med sine ioner. For calciumfluorid er ligevægten
CaF2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2 F−(aq)
Ligevægten er heterogen, fordi saltet er et fast stof, og ionerne er opløst. Det faste salt er derfor ikke med i reaktionsbrøken, som du så i afsnit A1.2. Ligevægtskonstanten kaldes opløselighedsproduktet, Ko:
\[ K_\mathrm{o} = [\mathrm{Ca^{2+}}] \cdot [\mathrm{F^-}]^{2} \]
En opløsning, der er i ligevægt med det faste salt, er mættet. Saltets opløselighed er den mængde salt, der er opløst i en mættet opløsning.
| Opløselighedsligevægt | Opløselighedsprodukt | Ko ved 25 °C |
|---|---|---|
| AgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl−(aq) | [Ag+] · [Cl−] | 1,8 · 10−10 M2 |
| BaSO4(s) ⇌ Ba2+(aq) + SO42−(aq) | [Ba2+] · [SO42−] | 1,08 · 10−10 M2 |
| CaCO3(s) ⇌ Ca2+(aq) + CO32−(aq) | [Ca2+] · [CO32−] | 3,4 · 10−9 M2 |
| CaF2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2 F−(aq) | [Ca2+] · [F−]2 | 3,5 · 10−11 M3 |
| Mg(OH)2(s) ⇌ Mg2+(aq) + 2 OH−(aq) | [Mg2+] · [OH−]2 | 5,6 · 10−12 M3 |
| Ca(OH)2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2 OH−(aq) | [Ca2+] · [OH−]2 | 5,0 · 10−6 M3 |
| Ag2CrO4(s) ⇌ 2 Ag+(aq) + CrO42−(aq) | [Ag+]2 · [CrO42−] | 1,1 · 10−12 M3 |
Fra opløselighedsprodukt til opløselighed
Opløseligheden beregnes med et SÆL-skema. x er ændringen i stofmængdekoncentrationen af opløst salt, og det er netop saltets opløselighed i mol pr. liter.
Fra opløselighed til opløselighedsprodukt
Regnestykket kan også gå den anden vej. Har man målt, hvor meget salt der kan opløses, kan opløselighedsproduktet beregnes.
Kommer der bundfald?
Når to opløsninger blandes, afgør reaktionsbrøken, om der dannes bundfald. Det er samme regel som i afsnit B2.7.
Husk, at begge opløsninger bliver fortyndet, når de hældes sammen. Det er koncentrationerne i blandingen, der skal sættes ind i reaktionsbrøken.
En ion, der er der i forvejen
Indtil nu er saltet blevet opløst i rent vand. Indeholder vandet i forvejen en af saltets ioner, kan der opløses meget mindre. Det kaldes fælles ion-effekten.
Resultatet passer med Le Chateliers princip. Chloridionerne fra natriumchloriden er et produkt i opløselighedsligevægten, og et tilsat produkt forskyder ligevægten mod venstre, altså mod det faste salt.
Der er en genvej, når x er meget lille. I eksemplet er x meget mindre end 0,10 M, så 0,10 M + x er næsten præcis 0,10 M. Ligningen bliver så Ko = x · 0,10 M, og x = 1,8 · 10−10 M2 / 0,10 M = 1,8 · 10−9 M. Genvejen kan bruges, når saltet er meget tungtopløseligt.
Hvor meget er der tilbage efter en fældning?
Når Y er større end Ko, dannes der bundfald, indtil Y er faldet til Ko. Man kan beregne, hvor meget af en ion der er tilbage i opløsningen bagefter. Det gøres lettest i to skridt: først lader man fældningen forløbe helt til ende, og derefter lader man lidt af bundfaldet gå i opløsning igen.
Eksemplet viser, hvorfor en fældning kan bruges til at måle, hvor meget der er af en ion. Tilsætter man et overskud af den anden ion, havner næsten hver eneste ion i bundfaldet. Bundfaldet kan filtreres fra, tørres og vejes. Metoden kaldes vejeanalyse.
pH og opløselighed
Er en af saltets ioner en base, afhænger opløseligheden af pH. Magnesiumhydroxid er et eksempel:
Mg(OH)2(s) ⇌ Mg2+(aq) + 2 OH−(aq)
- Tilsættes der syre, reagerer oxoniumionerne med hydroxidionerne og danner vand. Et produkt bliver fjernet, så ligevægten forskydes mod højre, og mere magnesiumhydroxid går i opløsning. Derfor kan magnesiumhydroxid bruges mod for meget mavesyre.
- Tilsættes der base, kommer der flere hydroxidioner. Det er fælles ion-effekten, og ligevægten forskydes mod venstre.
Det samme gælder salte af svage syrer. Carbonationen i kalk er en base, så kalk går i opløsning i syre:
CaCO3(s) + 2 H3O+(aq) → Ca2+(aq) + CO2(g) + 3 H2O(l)
Det er grunden til, at eddike fjerner kalk i elkedlen, og at et surere hav er et problem for muslinger og koraller. Salte som sølvchlorid og bariumsulfat påvirkes ikke af syre, fordi chlorid og sulfat ikke er baser, der betyder noget.
En mættet opløsning af et hydroxid har selv en bestemt pH. Den kan beregnes ud fra opløselighedsproduktet.
- Skriv reaktionsskemaet for opløselighedsligevægten med tilstandsformer, og skriv opløselighedsproduktet op ud fra det.
- Husk koefficienterne to steder: i rækken Ændring og som eksponent.
- Brug koncentrationerne i blandingen, når to opløsninger er hældt sammen.
- Afslut med en sætning, der siger, om opløsningen er umættet, mættet eller overmættet.
Prøv selv: Opløselighed af blyiodid: bland to salte, og se bundfaldet komme.