15.2: Upepo na Uharibifu

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Andika milinganyo ya kemikali na maneno ya usawa inayowakilisha usawa wa umumunyifu
• Kufanya hesabu za usawa zinazohusisha umumunyifu, maneno ya usawa, na viwango vya solute

Usawa wa umumunyifu huanzishwa wakati kuvunjwa na mvua ya aina ya solute hutokea kwa viwango sawa. Ulinganifu huu unasababisha michakato mingi ya asili na teknolojia, kuanzia kuoza kwa jino hadi utakaso wa maji. Kwa hiyo, ufahamu wa mambo yanayoathiri umumunyifu wa kiwanja ni muhimu kwa usimamizi bora wa michakato hii. Sehemu hii inatumika awali ilianzisha dhana ya usawa na zana kwa mifumo inayohusisha kuvunjwa na mvua.

Bidhaa ya umumunyifu

Kumbuka kutoka sura juu ya ufumbuzi kwamba umumunyifu wa dutu unaweza kutofautiana kutoka kimsingi sifuri (hakuna au kidogo mumunyifu) kwa infinity (miscible). Mumunyifu na umumunyifu wa mwisho unaweza kutoa suluhisho ulijaa wakati unaongezwa kwa kutengenezea kwa kiasi kikubwa zaidi ya umumunyifu wake, na kusababisha mchanganyiko wa ufumbuzi uliojaa na suluhisho la ziada, lisilofanywa. Kwa mfano, ufumbuzi uliojaa wa kloridi ya fedha ni moja ambayo usawa umeonyeshwa hapa chini umeanzishwa.

$$\text{AgCl}(s)\underset{\text{mvua}}{\overset{\text{ubomoaji}}{\rightleftharpoons }}{\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Cl}}^{\text{-}}(aq)$$

Katika ufumbuzi huu, ziada ya AgCl imara dissolves na dissociates kuzalisha maji Ag ⁺ na Cl ^— ions kwa kiwango sawa kwamba hizi ions maji kuchanganya na precipitate kuunda AgCl imara (Kielelezo 15.2). Kwa sababu kloridi ya fedha ni chumvi kidogo cha mumunyifu, mkusanyiko wa usawa wa ions zake zilizovunjika katika suluhisho ni duni.

Kielelezo 15.2 Kloridi ya fedha ni imara ya ionic imara. Unapoongezwa kwa maji, hupasuka kidogo na hutoa mchanganyiko unao na suluhisho la kuondokana sana la Ag ⁺ na Cl ^— ions katika usawa na kloridi ya fedha isiyofutwa.

Mara kwa mara ya usawa kwa usawa wa umumunyifu kama vile hii inaitwa bidhaa ya umumunyifu mara kwa mara, K _sp, katika kesi hii

$$\text{AgCl}(s)\rightleftharpoons {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Cl}}^{\text{-}}(aq)K_{\text{sp}}=[{\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)][{\text{Cl}}^{\text{-}}(aq)]$$

Kumbuka kwamba gesi tu na solutes zinawakilishwa katika maneno ya mara kwa mara ya usawa, hivyo K _sp haijumuishi neno kwa agCl isiyofutwa. Orodha ya vipindi vya bidhaa za umumunyifu kwa misombo kadhaa ya mumunyifu hutolewa katika Kiambatisho J.

Mfano 15.1

Kuandika Ulinganisho na Bidhaa za umumunyifu

Andika equation ya uharibifu na usemi wa bidhaa za umumunyifu kwa kila moja ya misombo ya ionic iliyosababishwa kidogo:

(a) AGI, iodidi ya fedha, imara na mali ya antiseptic

(b) CaCO ₃, calcium carbonate, ingredient kazi katika antacids wengi yanayouzwa chewable

(c) Mg (OH) ₂, hidroksidi magnesiamu, viungo kazi katika Maziwa ya Magnesia

(d) Mg (NH _{4) PO 4}, magnesiamu phosphate amonia, dutu kimsingi hakuna kutumika katika vipimo kwa magnesiamu

(e) Ca ₅ (PO ₄) ₃ OH, apatite ya madini, chanzo cha phosphate kwa mbolea

Suluhisho

$\begin{array}{ccccc}(\text{a})\text{AGI}(s)\rightleftharpoons {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{I}}^{\text{-}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & {[\text{Ag}}^{\text{+}}][{\text{I}}^{\text{-}}]\hfill \\ (\text{b}){\text{CaCO}}_3(s)\rightleftharpoons {\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{USHIRIKIANO}}_3{}^{\text{2-}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & [{\text{Ca}}^{\text{2+}}{\left]\right[\text{USHIRIKIANO}}_3{}^{\text{2-}}]\hfill \\ (\text{c}){\text{Mg}(\text{OH})}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{2OH}}^{\text{-}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & [{\text{Mg}}^{\text{2+}}]{[{\text{OH}}^{\text{-}}]}^2\hfill \\ (\text{d})\text{Mg}({\text{NH}}_{\text{4}}){\text{PO}}_{\text{4}}(s)\rightleftharpoons {\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{NH}}_4{}^{\text{+}}(aq)+{\text{PO}}_4{}^{\text{3-}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & [{\text{Mg}}^{\text{2+}}{][\text{NH}}_4{}^{\text{+}}]{[\text{PO}}_4{}^{\text{3-}}]\hfill \\ (\text{e}){\text{Ca}}_5({\text{PO}}_4)3\text{OH}(s)\rightleftharpoons {\text{5Ca}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{3PO}}_4{}^{\text{3-}}(aq)+{\text{OH}}^{\text{-}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & {{[\text{Ca}}^{\text{2+}}]}^5[\text{P}{\text{O}}_4{}^{\text{3-}}{]}^3[{\text{OH}}^{\text{-}}]\hfill \end{array}$

Angalia Kujifunza Yako

Andika equation ya uharibifu na bidhaa ya umumunyifu kwa kila moja ya misombo yafuatayo:

(a) BaSO ₄

(b) Umri ₂, SEO ₄

(c) Al (OH) ₃

(d) Pb (OH) Cl

Jibu:

$\begin{array}{ccccc}(\text{a}){\text{BaSo}}_4(s)\rightleftharpoons {\text{Ba}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{KWA HIVYO}}_4{}^{\text{2}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & [{\text{Ba}}^{\text{2+}}{][\text{KWA HIVYO}}_4{{}^2}^{\text{-}}];\hfill \\ (\text{b}){\text{Ag}}_2{\text{KWA HIVYO}}_4(s)\rightleftharpoons {\text{2Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{KWA HIVYO}}_4{}^{\text{2}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & {[{\text{Ag}}^{\text{+}}]}^2[{\text{KWA HIVYO}}_4{}^{\text{2}}];\hfill \\ (\text{c}){\text{Al}(\text{OH})}_3(s)\rightleftharpoons {\text{Al}}^{\text{3+}}(aq)+{\text{3OH}}^{\text{-}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & [{\text{Al}}^{\text{3+}}]{[\text{OH}}^{\text{-}}{]}^{\text{3}};\hfill \\ (\text{d})\text{Pb (OH) Cl (}s)\rightleftharpoons {\text{Pb}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{OH}}^{\text{-}}(aq)+{\text{Cl}}^{\text{-}}(aq)\hfill & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & [{\text{Pb}}^{\text{2+}}]{[\text{OH}}^{\text{-}}][{\text{Cl}}^{\text{-}}]\hfill \end{array}$

K _sp na umumunyifu

K _sp ya kiwanja kidogo cha ionic cha mumunyifu inaweza kuwa tu kuhusiana na umumunyifu wake wa kipimo ikiwa mchakato wa kufutwa unahusisha tu dissociation na solvation, kwa mfano:

$${\text{M}}_p{\text{X}}_q(s)\rightleftharpoons p{\text{M}}^{\text{m+}}(aq)+q{\text{X}}^{\text{n-}}(aq)$$

Kwa kesi kama hizi, mtu anaweza kupata maadili ya K _sp kutoka kwa umumunyifu uliotolewa, au kinyume chake. Mahesabu ya aina hii yanafanywa kwa urahisi kwa kutumia umumunyifu wa molar wa kiwanja, kipimo kama moles ya solute kufutwa kwa lita moja ya suluhisho iliyojaa.

Mfano 15.2

Uhesabuji wa K _sp kutoka kwa viwango vya usawa

Fluorite, CaF ₂, ni imara kidogo ya mumunyifu ambayo hupasuka kulingana na equation:

$${\text{CaF}}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{2F}}^{\text{-}}(aq)$$

Mkusanyiko wa Ca ²⁺ katika ufumbuzi uliojaa wa CaF ₂ ni 2.15$\times$10 ^—4 M. Je! Ni bidhaa gani ya umumunyifu wa fluorite?

Suluhisho

Kwa mujibu wa stoichiometry ya equation ya uharibifu, fluoride ion molarity ya ufumbuzi CaF ₂ ni sawa na mara mbili ya calcium ion molarity yake:

$$[{\text{F}}^{-}]=(2\text{mol}{\text{F}}^{-}\text{/}1\text{mol}{\text{Ca}}^{2+})=(2)(2.15\times {10}^{-4}M)=4.30\times {10}^{-4}M$$

Kubadilisha viwango vya ion katika kujieleza K _sp anatoa

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Ca}}^{\text{2+}}]{[{\text{F}}^{\text{-}}]}^2=\text{(2.15}\times {10}^{-4}){(4.30\times {10}^{-4})}^2=\text{3.98}\times {10}^{-11}$$

Angalia Kujifunza Yako

Katika suluhisho iliyojaa ya Mg (OH) ₂, mkusanyiko wa Mg ²⁺ ni 1.31$\times$10 ^—4 M. Je! Ni bidhaa gani ya umumunyifu kwa Mg (OH) ₂?

$${\text{Mg (OH)}}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{2OH}}^{\text{-}}(aq)$$

Jibu:

8.99$\times$^10-12

Mfano 15.3

Uamuzi wa umumunyifu wa Molar kutoka K _sp

K _sp ya shaba (I) bromidi, Cubr, ni 6.3$\times$10 ^—9. Tumia umumunyifu wa molar wa bromidi ya shaba.

Suluhisho

equation kuvunjwa na umumunyifu bidhaa kujieleza ni

$$\text{CubR}(s)\rightleftharpoons {\text{Cu}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Br}}^{\text{-}}(aq)$$

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Cu}}^{\text{+}}][{\text{Br}}^{\text{-}}]$$

Kufuatia njia ya ICE kwa hesabu hii huzaa meza

Kubadilisha maneno ya mkusanyiko wa usawa katika maelezo ya bidhaa ya umumunyifu na kutatua kwa mavuno ya x

$$K_{\text{sp}}={[\text{Cu}}^{\text{+}}][{\text{Br}}^{\text{-}}]$$

$$6.3\times {10}^{-9}=(x)(x)=x^2$$

$$x=\sqrt{(6.3\times {10}^{-9})}=\text{7.9}\times {10}^{-5}M$$

Kwa kuwa stoichiometry ya kuvunjwa inaonyesha mole moja ya shaba (I) ion na mole moja ya ion ya bromidi huzalishwa kwa kila moles ya Br kufutwa, umumunyifu wa molar wa CubR ni 7.9$\times$10 ^—5 M.

Angalia Kujifunza Yako

K _sp ya AGI ni 1.5$\times$10 ^—16. Tumia umumunyifu wa molar wa iodidi ya fedha.

Jibu:

1.2$\times$10 ^—8 M

Mfano 15.4

Uamuzi wa umumunyifu wa Molar kutoka K _sp

K _sp ya hidroksidi kalsiamu, Ca (OH) ₂, ni 1.3$\times$10 ^—6. Tumia umumunyifu wa molar wa hidroksidi kalsiamu.

Suluhisho

equation kuvunjwa na umumunyifu bidhaa kujieleza ni

$${\text{Ca (OH)}}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{2OH}}^{\text{-}}(aq)$$

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Ca}}^{\text{2+}}]{[{\text{OH}}^{\text{-}}]}^2$$

Jedwali la ICE kwa mfumo huu ni

Kubadilisha maneno kwa viwango vya usawa katika usemi wa bidhaa kujieleza na kutatua kwa x anatoa

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Ca}}^{\text{2+}}]{[{\text{OH}}^{\text{-}}]}^2$$

$$1.3\times {10}^{-6\text{}}=(x)(2x{)}^2=(x)(4x^2)=4x^3$$

$$x=\sqrt[3]{\frac{1.3\times {10}^{-6}}{4}}=\text{6.9}\times {10}^{-3}M$$

Kama inavyoelezwa katika meza ya ICE, x ni molarity ya ion ya kalsiamu katika suluhisho iliyojaa. Stoichiometry ya uharibifu inaonyesha uhusiano wa 1:1 kati ya moles ya ion ya kalsiamu katika suluhisho na moles ya kiwanja kilichopasuka, na hivyo, umumunyifu wa molar wa Ca (OH) ₂ ni 6.9$\times$10 ^—3 M.

Angalia Kujifunza Yako

K _sp ya PBi ₂ ni 1.4$\times$10 ^—8. Tumia umumunyifu wa molar wa iodidi ya risasi (II).

Jibu:

1.5$\times$10 ^—3 M

Mfano 15.5

Uamuzi wa K _sp kutoka Umumunyifu wa Gram

Wengi wa rangi zinazotumiwa na wasanii katika rangi za mafuta (Kielelezo 15.3) hupunguzwa kidogo katika maji. Kwa mfano, umumunyifu wa rangi ya msanii wa chrome njano, PBCRO ₄, ni 4.6$\times$10 ^-6 g/L. kuamua umumunyifu bidhaa kwa PBCRO ₄.

Kielelezo 15.3 Rangi ya mafuta yana rangi ambayo ni kidogo sana mumunyifu katika maji. Mbali na njano ya chrome (PBCrO ₄), mifano ni pamoja na bluu ya Prussia (Fe ₇ (CN) ₁₈), rangi nyekundu-machungwa vermilion (HGs), na rangi ya kijani veridian (Cr ₂ O ₃). (mikopo: Sonny Abesamis)

Suluhisho

Kabla ya kuhesabu bidhaa za umumunyifu, umumunyifu uliotolewa lazima uongozwe kuwa molarity:

$$\begin{array}{}\\ \\ \left[{\text{PBCRO}}_4\right]=\frac{4.6\times {10}^{-6}{\text{g PBCRO}}_4}{1\text{L}}\times \frac{1{\text{mol PBCRO}}_4}{3323.2{\text{g PBCRO}}_4}\\ =\frac{1.4\times {10}^{-8}{\text{mol PBCRO}}_4}{1\text{L}}\\ =1.4\times {10}^{-8}M\end{array}$$

Equation ya kuvunjwa kwa kiwanja hiki ni

$${\text{PBCRO}}_4(s)\rightleftharpoons {\text{Pb}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{CRO}}_4{}^{\text{2}}(aq)$$

Stoichiometry ya kuvunjwa inaonyesha uhusiano wa 1:1 kati ya kiasi cha molar cha kiwanja na ions zake mbili, na hivyo wote [Pb ²⁺] na$[{\text{CRO}}_4{}^{\text{2}}]$ni sawa na umumunyifu wa molar wa PBCRO ₄:

$$[{\text{Pb}}^{\text{2+}}]=[{\text{CRO}}_4{}^{\text{2}}]=\text{1.4}\times {10}^{-8}M$$

K _sp = [Pb ²⁺]$[{\text{CRO}}_4{}^{\text{2}}]$= (1.4$\times$10 ^—8) (1.4$\times$10 ^—8) = 2.0$\times$^10-16

Angalia Kujifunza Yako

Umumunyifu wa tlCl [thallium (I) kloridi], kati inayoundwa wakati thalliamu inapotengwa na ores, ni gramu 3.12 kwa lita moja kwa 20 °C Ni bidhaa gani ya umumunyifu?

Jibu:

1.69$\times$10 ^—4

Mfano 15.6

Kuhesabu umumunyifu wa Hg ₂ Cl ₂

Calomel, Hg ₂ Cl ₂, ni kiwanja kilichoundwa na ion diatomic ya zebaki (I),${\text{Hg}}_2{}^{\text{2+}},$na ions kloridi, Cl ^—. Ingawa misombo mingi ya zebaki sasa inajulikana kuwa yenye sumu, madaktari wa karne ya kumi na nane walitumia kalomeli kama dawa. Wagonjwa wao mara chache walipata sumu yoyote ya zebaki kutokana na matibabu kwa sababu calomel ina umumunyifu mdogo sana, kama ilivyopendekezwa na K _sp yake ndogo sana:

$${\text{Hg}}_2{\text{Cl}}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Hg}}_2{}^{\text{2+}}(aq)+{\text{2Cl}}^{\text{-}}(aq)K_{\text{sp}}=\text{1.1}\times {10}^{-18}$$

Tumia umumunyifu wa molar wa Hg ₂ Cl ₂.

Suluhisho

Stoichiometry ya kuvunjwa inaonyesha uhusiano wa 1:1 kati ya kiasi cha kiwanja kilichopasuka na kiasi cha ioni za zebaki (I), na hivyo umumunyifu wa molar wa Hg _{2 Cl 2} ni sawa na mkusanyiko wa${\text{Hg}}_2{}^{\text{2+}}$ioni

Kufuatia matokeo ya mbinu ya ICE

Kubadilisha maneno ya mkusanyiko wa usawa katika maelezo ya bidhaa ya umumunyifu na kutatua kwa x inatoa

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Hg}}_{\text{2}}{}^{\text{2+}}]{[{\text{Cl}}^{\text{-}}]}^2$$

$$1.1\times {10}^{-18}=(x)(2x{)}^2$$

$$4x^3=\text{1.1}\times {10}^{-18}$$

$$x=\sqrt[3]{\left(\frac{1.1\times {10}^{-18}}{4}\right)}=\text{6.5}\times {10}^{-7}M$$

$$[{\text{Hg}}_2{}^{\text{2+}}]=\text{6.5}\times {10}^{-7}M=\text{6.5}\times {10}^{-7}M$$

$$[{\text{Cl}}^{\text{-}}]=2x=\text{2 (6.5}\times {10}^{-7})=1.3\times {10}^{-6}M$$

Stoichiometry ya kuvunjwa inaonyesha umumunyifu wa molar wa Hg ₂ Cl ₂ ni sawa na$[{\text{Hg}}_{\text{2}}{}^{\text{2+}}],$au 6.5$\times$10 ^—7 M.

Angalia Kujifunza Yako

Kuamua umumunyifu wa molar wa MgF ₂ kutoka kwa bidhaa yake ya umumunyifu: K _sp = 6.4$\times$10 ^—9.

Jibu:

1.2$\times$10 ^—3 M

Jinsi Sayansi Interconnect

Kutumia Sulfate ya Bariamu kwa Imaging

Aina mbalimbali za mbinu za upigaji picha za kimatibabu zinatumika kusaidia uchunguzi wa magonjwa kwa namna isiyo ya kawaida. Mbinu moja hutumia kumeza kiwanja cha bariamu kabla ya kuchukua picha ya X-ray. Kusimamishwa kwa sulfate ya bariamu, poda ya chalky, huingizwa na mgonjwa. Tangu K _sp ya sulfate ya bariamu ni 2.3$\times$10 ^—8, kidogo sana hupasuka kama inavyovaa kitambaa cha njia ya matumbo ya mgonjwa. Sehemu za Barium-coated ya njia ya utumbo kisha kuonekana kwenye X-ray kama nyeupe, kuruhusu maelezo zaidi ya kuona kuliko X-ray jadi (Kielelezo 15.4).

Kielelezo 15.4 Kusimamishwa kwa sulfate ya bariamu huvaa njia ya matumbo, kuruhusu maelezo zaidi ya kuona kuliko X-ray ya jadi. (mabadiliko ya mikopo ya kazi na “glitzy queen00” /Wikimedia Commons)

Upigaji picha wa kimatibabu kwa kutumia sulfate ya bariamu inaweza kutumika kutambua ugonjwa wa reflux asidi, ugonjwa wa Crohn, na vidonda pamoja na hali nyingine.

Tembelea tovuti hii kwa maelezo zaidi juu ya jinsi bariamu hutumiwa katika uchunguzi wa matibabu na hali gani hutumiwa kutambua.

Utabiri wa mvua

Equation inayoelezea usawa kati ya carbonate ya kalsiamu imara na ions zake zilizosumbuliwa ni:

$$\begin{array}{ccc}{\text{CaCO}}_3(s)\rightleftharpoons {\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{USHIRIKIANO}}_3{}^{\text{2}}(aq)& & \hfill K_{sp}=[{\text{Ca}}^{2+}][{\text{USHIRIKIANO}}_3{}^{2-}]=8.7\times {10}^{-9}\end{array}$$

Ni muhimu kutambua kwamba usawa huu umeanzishwa katika suluhisho lolote la maji yenye Ca ²⁺ na CO ₃ ^2— ions, sio tu katika suluhisho linaloundwa na maji yaliyojaa na carbonate ya kalsiamu. Fikiria, kwa mfano, kuchanganya ufumbuzi wa maji ya misombo ya mumunyifu sodiamu carbonate na nitrati ya kalsiamu Ikiwa viwango vya ioni za kalsiamu na carbonate katika mchanganyiko hazizoi quotient ya majibu, Q _sp, ambayo huzidi bidhaa za umumunyifu, K _sp, basi hakuna mvua itatokea. Ikiwa viwango vya ion vinazalisha quotient ya mmenyuko mkubwa kuliko bidhaa za umumunyifu, basi mvua itatokea, kupunguza viwango hivyo mpaka usawa umeanzishwa (Q _sp = K _sp). Ulinganisho wa Q _sp hadi K _sp kutabiri mvua ni mfano wa mbinu ya jumla ya kutabiri mwelekeo wa mmenyuko ulioletwa kwanza katika sura ya usawa. Kwa kesi maalum ya usawa wa umumunyifu:

_{Swali sp} <K _sp: mmenyuko unaendelea katika mwelekeo wa mbele (suluhisho haijajaa; hakuna mvua iliyozingatiwa)

_{Swali sp>} K _sp: mmenyuko unaendelea katika mwelekeo wa nyuma (suluhisho ni supersaturated; mvua itatokea)

Mkakati huu wa uingizaji na mahesabu yanayohusiana yanaonyeshwa katika mazoezi machache ya mfano.

Mfano 15.7

Upepo wa Mg (OH) ₂

Hatua ya kwanza katika maandalizi ya chuma magnesiamu ni mvua ya Mg (OH) ₂ kutoka maji ya bahari kwa kuongeza ya chokaa, Ca (OH) ₂, chanzo cha gharama nafuu cha OH ^— ion:

$${\text{Mg (OH)}}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{2OH}}^{\text{-}}(aq)K_{\text{sp}}=\text{8.9}\times {10}^{-12}$$

Mkusanyiko wa Mg ²⁺ (aq) katika maji ya bahari ni 0.0537 M. Je Mg (OH) ₂ precipitate wakati kutosha Ca (OH) ₂ ni aliongeza kutoa [OH ^—] ya 0.0010 M?

Suluhisho

Uhesabuji wa quotient ya majibu chini ya hali hizi huonyeshwa hapa:

$$Q=[{\text{Mg}}^{\text{2+}}]{[{\text{OH}}^{\text{-}}]}^2=\text{(0.0537) (}{\text{0.0010)}}^2=\text{5.4}\times {10}^{-8}$$

Kwa sababu Q ni kubwa kuliko K _sp (Q = 5.4$\times$10 ^—8 ni kubwa kuliko K _sp = 8.9$\times$10 ^-12), mmenyuko wa reverse utaendelea, kuharakisha hidroksidi ya magnesiamu mpaka viwango vya ioni vilivyoharibika vimeshuka kwa kutosha, ili Q _sp = K _sp.

Angalia Kujifunza Yako

Kutabiri kama CahPo ₄ itapungua kutoka suluhisho na [Ca ²⁺] = 0.0001 M na$[{\text{HPO}}_4{}^{\text{2}}]$= 0.001 M.

Jibu:

Hakuna mvua ya CaHPo ₄; Q = 1$\times$10 ^—7, ambayo ni chini ya K _sp (7 × 10 ^—7)

Mfano 15.8

Upepo wa AgCl

Je, kloridi ya fedha hupunguza wakati kiasi sawa cha 2.0$\times$10 ^{-4 -} M ufumbuzi wa AgNo ₃ na 2.0$\times$10 ^{-4 -} M ufumbuzi wa NaCl ni mchanganyiko?

Suluhisho

Ulinganisho wa usawa kati ya kloridi ya fedha imara, ion ya fedha, na ioni ya kloridi ni:

$$\text{AgCl}(s)\rightleftharpoons {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Cl}}^{\text{-}}(aq)$$

Bidhaa ya umumunyifu ni 1.6$\times$10 ^—10 (angalia Kiambatisho J).

AgCl itakuwa precipitate kama majibu quotient mahesabu kutoka viwango katika mchanganyiko wa AgNo ₃ na NaCl ni kubwa kuliko K _sp. Kwa sababu kiasi kinaongezeka wakati kiasi sawa cha ufumbuzi wa AgNo ₃ na NaCl huchanganywa, kila mkusanyiko umepungua hadi nusu ya thamani yake ya awali

$$\frac{1}{2}(2.0\times {10}^{-4})M=\text{1.0}\times {10}^{-4}M$$

Quotient ya majibu, Q, ni kubwa kuliko K _sp kwa AgCl, hivyo suluhisho la supersaturated linaundwa:

$$Q=[{\text{Ag}}^{\text{+}}]{[\text{Cl}}^{\text{-}}]=\text{(1.0}\times {10}^{-4})(1.0\times {10}^{-4})=\text{1.0}\times {10}^{-8}>K_{\text{sp}}$$

AgCl itapungua kutoka mchanganyiko mpaka usawa wa uharibifu umeanzishwa, na Q sawa na K _sp.

Angalia Kujifunza Yako

Je, kClo ₄ itapungua wakati 20 ml ya ufumbuzi wa 0.050- M wa K ⁺ huongezwa kwa 80 ml ya ufumbuzi wa 0.50- M ya${\text{ClO}}_4{}^{\text{-}}?$(Kidokezo: Tumia equation ya dilution kuhesabu viwango vya ioni za potasiamu na perchlorate katika mchanganyiko.)

Jibu:

Hapana, Q = 4.0$\times$10 ^—3, ambayo ni chini ya K _sp = 1.05$\times$10 ^—2

Mfano 15.9

Upepo wa Oxalate ya kalsiamu

Damu haiwezi kuziba ikiwa ioni za kalsiamu zinaondolewa kwenye plasma yake. Baadhi ya zilizopo za ukusanyaji wa damu zina chumvi za ion oxalate,${\text{C}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{2}},$kwa kusudi hili (Kielelezo 15.5). Katika viwango vya kutosha vya juu, ioni za kalsiamu na oxalate huunda imara, CaC ₂ O ₄ · H ₂ O (calcium oxalate monohydrate). Mkusanyiko wa Ca ²⁺ katika sampuli ya seramu ya damu ni 2.2$\times$10 ^—3 M. Nini mkusanyiko wa${\text{C}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{2}}$ion lazima imara kabla CaC _{2 the 4} · H ₂ O huanza precipitate?

Kielelezo 15.5 Anticoagulants inaweza kuongezwa kwa damu ambayo itachanganya na ions Ca ^2+katika serum ya damu na kuzuia damu kutoka kwa kukata. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Neeta Lind)

Suluhisho

Maneno ya usawa ni:

$${\text{CaC}}_2{\text{O}}_4(s)\rightleftharpoons {\text{Ca}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{C}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{2}}(aq)$$

Kwa mmenyuko huu:

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Ca}}^{\text{2+}}][{\text{C}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{2}}]=1.96\times {10}^{-8}$$

(angalia Kiambatisho J)

Kuweka mkusanyiko wa ioni ya kalsiamu iliyotolewa katika usemi wa bidhaa za umumunyifu na kutatua kwa mkusanyiko wa oxalate:

$$Q=K_{\text{sp}}=[{\text{Ca}}^{\text{2+}}]{[\text{C}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{2}}]=\text{1.96}\times {10}^{-8}$$

$$(2.2\times {10}^{-3})[{\text{C}}_{\text{2}}{\text{O}}_4{}^{\text{2}}]=\text{1.96}\times {10}^{-8}$$

$$[{\text{C}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{2}}]=\frac{1.96\times {10}^{-8}}{2.2\times {10}^{-3}}=\text{8.9}\times {10}^{-6}M$$

mkusanyiko wa$[{\text{C}}_2{\text{O}}_4{}^{\text{2}}]$= 8.9$\times$10 ^—6 M ni muhimu kuanzisha mvua ya CaC ₂ O ₄ chini ya masharti haya.

Angalia Kujifunza Yako

Ikiwa suluhisho lina 0.0020 mol ya${\text{CRO}}_4{}^{\text{2}}$kwa lita, ni mkusanyiko gani wa ioni ya Ag ⁺ inapaswa kufikiwa kwa kuongeza AgNo ₃ imara kabla ya Ag ₂ CrO ₄ huanza kuharakisha? Puuza ongezeko lolote la kiasi juu ya kuongeza nitrati ya fedha imara.

Jibu:

6.7$\times$10 ^—5 M

Mfano 15.10

Viwango Kufuatia mvua

Mavazi nikanawa katika maji ambayo ina manganese [Mn ²⁺ (aq)] mkusanyiko unaozidi 0.1 mg/L (1.8$\times$10 ^—6 M) inaweza kubadilika na manganese juu ya oxidation, lakini kiasi cha Mn ^2+ndani ya maji kinaweza kupungua kwa kuongeza msingi ili kuzuia Mn (OH) ₂. Ni pH gani inahitajika kuweka [Mn ²⁺] sawa na 1.8$\times$10 ^—6 M?

Suluhisho

Uharibifu wa Mn (OH) ₂ unaelezewa na equation:

$${\text{Mn (OH)}}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Mn}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{2OH}}^{\text{-}}(aq)K_{\text{sp}}=\text{2}\times {10}^{-13}$$

Katika usawa:

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Mn}}^{\text{2+}}]{[{\text{OH}}^{\text{-}}]}^2$$

au

$$(1.8\times {10}^{-6}){[{\text{OH}}^{\text{-}}]}^2=\text{2}\times {10}^{-13}$$

kwa hivyo

$$[{\text{OH}}^{\text{-}}]=\text{3.3}\times {10}^{-4}M$$

Tumia pH kutoka kwa poH:

$$\begin{array}{c}\text{oH}=\text{-logi}[{\text{OH}}^{\text{-}}]=\text{-logi}(3.3\times 10-4)=\text{3.48}\\ \text{pH}=\text{14.00}-\text{oH}=\text{14.00}-\text{3.48}=\text{10.52}\end{array}$$

(matokeo ya mwisho yamezunguka kwa tarakimu moja muhimu, imepunguzwa na uhakika wa K _sp)

Angalia Kujifunza Yako

Hatua ya kwanza katika maandalizi ya chuma cha magnesiamu ni mvua ya Mg (OH) ₂ kutoka maji ya bahari kwa kuongeza Ca (OH) ₂. Mkusanyiko wa Mg ²⁺ (aq) katika maji ya bahari ni 5.37$\times$10 ^—2 M. Tumia pH ambayo [Mg ²⁺] imepungua hadi 1.0$\times$10 ^—5 M

Jibu:

10.97

Katika ufumbuzi ulio na ioni mbili au zaidi ambazo zinaweza kutengeneza misombo isiyo na mchanganyiko na ioni sawa, mkakati wa majaribio unaoitwa precipitation ya kuchagua inaweza kutumika kuondoa ions binafsi kutoka suluhisho. Kwa kuongeza mkusanyiko wa ioni ya kukabiliana kwa njia ya kudhibitiwa, ions katika suluhisho inaweza kuingizwa kwa kila mmoja, kwa kuzingatia umumunyifu wao wa kiwanja ni tofauti kabisa. Katika ufumbuzi na viwango sawa ya ions lengo, ion kutengeneza angalau mumunyifu kiwanja itakuwa precipitate kwanza (katika mkusanyiko chini ya ioni counter), na ions nyingine hatimaye precipitating kama umumunyifu wao kiwanja ni kufikiwa. Kama mfano wa mbinu hii, zoezi la pili la mfano linaelezea kujitenga kwa ioni mbili za halide kupitia mvua ya moja kama chumvi ya fedha.

Kemia katika Maisha ya Kila siku

Jukumu la mvua katika Matibabu ya maji machafu

Umumunyifu usawa ni zana muhimu katika matibabu ya maji machafu kufanyika katika vituo ambayo inaweza kutibu maji ya manispaa katika mji wako au mji (Kielelezo 15.6). Hasa, mvua ya kuchagua hutumiwa kuondoa uchafu kutoka kwa maji machafu kabla ya kutolewa tena kwenye miili ya asili ya maji. Kwa mfano, phosphate ions${\text{(PO}}_4{}^{\text{3-}})$mara nyingi hupo katika maji yaliyotolewa kutoka kwenye vifaa vya viwanda. Wengi wa phosphate husababisha mwani wa ziada kukua, ambayo huathiri kiasi cha oksijeni inapatikana kwa maisha ya baharini pamoja na kufanya maji yasiyofaa kwa matumizi ya binadamu.

Kielelezo 15.6 Vifaa vya matibabu ya maji machafu, kama vile hii, kuondoa uchafu kutoka kwa maji machafu kabla ya maji kutolewa tena kwenye mazingira ya asili. (mikopo: “eutrophication&hypoxia” /Wikimedia Commons)

Njia moja ya kawaida ya kuondoa phosphates kutoka kwa maji ni kwa kuongeza hidroksidi ya kalsiamu, au chokaa, Ca (OH) ₂. Kama maji yanafanywa zaidi ya msingi, ions za kalsiamu huguswa na ioni za phosphate ili kuzalisha hydroxylapatite, Ca ₅ (PO4) ₃ OH, ambayo hutoka nje ya suluhisho:

$$5{\text{Ca}}^{\text{2+}}+{\text{3PO}}_4{}^{\text{3-}}+{\text{OH}}^{\text{-}}\rightleftharpoons {\text{Ca}}_5{{\text{(PO}}_4)}_{\text{3}}\text{·}\text{OH}(s)$$

Kwa sababu kiasi cha ioni ya kalsiamu kilichoongezwa haina kusababisha kuzidi bidhaa za umumunyifu kwa chumvi nyingine za kalsiamu, anions ya chumvi hizo hubakia nyuma katika maji machafu. Upepo huo huondolewa na filtration na maji hurudishwa kwa pH ya neutral kwa kuongeza CO ₂ katika mchakato wa recarbonation. Kemikali nyingine zinaweza pia kutumika kwa ajili ya kuondolewa kwa phosphates kwa mvua, ikiwa ni pamoja na chuma (III) kloridi na sulfate ya alumini.

Tazama tovuti hii kwa maelezo zaidi juu ya jinsi phosphorus imeondolewa kwenye maji machafu.

Mfano 15.11

Upepo wa Halides za Fedha

Suluhisho lina 0.00010 mol ya KBR na 0.10 mol ya kCl kwa lita. AgNo ₃ ni hatua kwa hatua aliongeza kwa suluhisho hili. Ni aina ya kwanza, AGBr imara au agCl imara?

Suluhisho

Mizani miwili inayohusika ni:

$$\begin{array}{cccccc}\hfill \text{AgCl}(s)\rightleftharpoons {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Cl}}^{\text{-}}(aq)\hfill & & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & \text{1.6}\times {10}^{-10}\hfill \\ \hfill \text{AGBr}(s)\rightleftharpoons {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{Br}}^{\text{-}}(aq)\hfill & & & \hfill K_{\text{sp}}& =\hfill & \text{5.0}\times {10}^{-13}\hfill \end{array}$$

Kama ufumbuzi zilizomo kuhusu viwango sawa ya Cl ^— na Br ^—, basi chumvi fedha na ndogo K _sp (AgBr) ingekuwa precipitate kwanza. Viwango si sawa, hata hivyo, hivyo [Ag ⁺] ambapo AgCl huanza kuharakisha na [Ag ⁺] ambayo AgBr huanza kuharakisha lazima ihesabiwe. Chumvi inayounda chini [Ag ⁺] hupungua kwanza.

AgBr hupungua wakati Q ni sawa na K _sp kwa AGBr

$$Q_{\text{sp}}=K_{\text{sp}}=[{\text{Ag}}^{\text{+}}]{[\text{Br}}^{\text{-}}]=[{\text{Ag}}^{\mathrm{+}}]\text{(0.00010)}=\text{5.0}\times {10}^{-13}$$

$$[{\text{Ag}}^{\text{+}}]=\frac{\text{5.0}\times {10}^{-13}}{0.00010}=\text{5.0}\times {10}^{-9}M$$

AgBr huanza kuharakisha wakati [Ag ⁺] ni 5.0$\times$10 ^—9 M.

Kwa AgCl: AgCl hupungua wakati Q ni sawa na K _sp kwa AgCl (1.6$\times$10 ^—10). Wakati [Cl ^-] = 0.10 M:

$$Q_{\text{sp}}=K_{\text{sp}}=[{\text{Ag}}^{\text{+}}]{[\text{Cl}}^{\text{-}}]=[{\text{Ag}}^{\text{+}}]\text{(0.10)}=\text{1.6}\times {10}^{-10}$$

$$[{\text{Ag}}^{\text{+}}]=\frac{1.6\times {10}^{-10}}{0.10}=\text{1.6}\times {10}^{-9}M$$

AgCl huanza kuharakisha wakati [Ag ⁺] ni 1.6$\times$10 ^—9 M.

AgCl huanza kuharakisha kwa [Ag ⁺] ya chini kuliko AgBr, hivyo AgCl huanza kuharakisha kwanza. Kumbuka mkusanyiko wa ioni ya kloridi ya mchanganyiko wa awali ulikuwa mkubwa zaidi kuliko mkusanyiko wa ioni ya bromidi, na hivyo kloridi ya fedha ilipungua kwanza licha ya kuwa na K _sp kubwa kuliko ile ya bromidi ya fedha.

Angalia Kujifunza Yako

Kama nitrati fedha ufumbuzi ni aliongeza kwa ufumbuzi ambayo ni 0.050 M katika wote Cl ^— na Br ^— ions, kwa nini [Ag ⁺] bila precipitation kuanza, na nini itakuwa formula ya precipitate?

Jibu:

[Ag ⁺] = 1.0$\times$10 ^—11 M; AGBr hupungua kwanza

Athari ya kawaida ya Ion

Ikilinganishwa na maji safi, umumunyifu wa kiwanja cha ionic ni mdogo katika ufumbuzi wa maji yenye ioni ya kawaida (moja pia huzalishwa na kufutwa kwa kiwanja cha ionic). Huu ni mfano wa jambo linalojulikana kama athari ya kawaida ya ion, ambayo ni matokeo ya sheria ya hatua ya molekuli ambayo inaweza kuelezwa kwa kutumia kanuni ya Le Châtelier. Fikiria uharibifu wa iodidi ya fedha:

$$\text{AGI}(s)\rightleftharpoons {\text{Ag}}^{\text{+}}(aq)+{\text{I}}^{\text{-}}(aq)$$

Msawazo huu umumunyifu inaweza kubadilishwa kushoto na kuongeza ya ama fedha (I) au ioni iodidi, kusababisha mvua ya AGI na viwango dari ya kufutwa Ag ⁺ na I ^—. Katika ufumbuzi ambao tayari una mojawapo ya ions hizi, chini ya AGI inaweza kufutwa kuliko katika ufumbuzi bila ions hizi.

Athari hii pia inaweza kuelezwa katika suala la hatua ya molekuli kama inawakilishwa katika usemi wa bidhaa umumunyifu:

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Ag}}^{+}][{\text{I}}^{-}]$$

Bidhaa ya hisabati ya fedha (I) na iodidi ioni molarities ni mara kwa mara katika mchanganyiko wa usawa bila kujali chanzo cha ioni, na hivyo ongezeko la mkusanyiko wa ion moja lazima liwe na usawa na kupungua sawia katika nyingine.

Unganisha na Kujifunza

View simulation hii ya kuchunguza masuala mbalimbali ya athari ya kawaida ion.

Mfano 15.12

Athari ya kawaida ya Ion kwenye umumunyifu

Je, ni athari kwa kiasi cha Mg imara (OH) ₂ na viwango vya Mg ²⁺ na OH ^— wakati kila moja ya yafuatayo yanaongezwa kwenye suluhisho iliyojaa ya Mg (OH) ₂?

(a) MgCl ₂

(b) KOH

(c) nano ₃

(d) Mg (OH) ₂

Suluhisho

Msawazo wa umumunyifu ni

$$\text{Mg}{(\text{OH})}_2(s)\rightleftharpoons {\text{Mg}}^{\text{2+}}(aq)+2{\text{OH}}^{\text{-}}(aq)$$

(a) Kuongeza ioni ya kawaida, Mg ²⁺, itaongeza mkusanyiko wa ioni hii na kuhama usawa wa umumunyifu kwa upande wa kushoto, kupunguza mkusanyiko wa ioni ya hidroksidi na kuongeza kiasi cha hidroksidi ya magnesiamu isiyosafishwa.

(b) Kuongeza ioni ya kawaida, OH ^-, itaongeza mkusanyiko wa ioni hii na kuhama umumunyifu usawa kwa upande wa kushoto, kupunguza mkusanyiko wa ioni magnesiamu na kuongeza kiasi cha hidroksidi ya magnesiamu isiyosafishwa.

(c) Kiwanja kilichoongezwa hakina ioni ya kawaida, na hakuna athari kwenye usawa wa umumunyifu wa hidroksidi ya magnesiamu unatarajiwa.

(d) Kuongeza hidroksidi ya magnesiamu imara itaongeza kiasi cha kiwanja kisichoharibika katika mchanganyiko. Suluhisho tayari limejaa, ingawa, hivyo viwango vya ioni za magnesiamu na hidroksidi zilizovunjika zitabaki sawa.

$$Q=[{\text{Mg}}^{\text{2+}}]{[{\text{OH}}^{\text{-}}]}^2$$

Kwa hiyo, kubadilisha kiasi cha hidroksidi imara ya magnesiamu katika mchanganyiko haina athari kwa thamani ya Q, na hakuna mabadiliko yanahitajika kurejesha Q kwa thamani ya mara kwa mara ya usawa.

Angalia Kujifunza Yako

Je, ni athari kwa kiasi cha NiCO imara ₃ na viwango vya Ni ²⁺ na${\text{USHIRIKIANO}}_3{}^{\text{2—}}$wakati kila moja ya yafuatayo ni aliongeza kwa ufumbuzi ulijaa wa NiCO ₃

(a) Ni (_{HAPANA 32})

(b) KClo ₄

(c) NiCo ₃

(d) K ₂ CO ₃

Jibu:

(a) wingi wa NiCO (₃ s) ongezeko, [Ni ²⁺] kuongezeka,$[{\text{USHIRIKIANO}}_3{}^{\text{2—}}]$hupungua; (b) hakuna athari appreciable; (c) hakuna athari isipokuwa kuongeza kiasi cha NiCO imara ₃; (d) wingi wa NiCO ₃ (s) kuongezeka, [Ni ²⁺] itapungua,$[{\text{USHIRIKIANO}}_3{}^{\text{2—}}]$huongezeka;

Mfano 15.13

Athari ya kawaida ya Ion

Tumia umumunyifu wa molar wa sulfidi ya cadmium (CDs) katika suluhisho la 0.010- M la bromidi ya cadmium (CDBr ₂). K _sp ya CD ni 1.0$\times$^10-28.

Suluhisho

Hesabu hii inaweza kufanywa kwa kutumia njia ya ICE:

$$\text{CD}(s)\rightleftharpoons {\text{Cd}}^{\text{2+}}(aq)+{\text{S}}^{\text{2—}}(aq)$$

$$K_{\text{sp}}=[{\text{Cd}}^{\text{2+}}][{\text{S}}^{\text{2—}}]=1.0\times {10}^{-28}$$

$$(0.010+x)(x)=\text{1.0}\times {10}^{-28}$$

Kwa sababu K _sp ni ndogo sana, kudhani x <<<0.010 na kutatua equation kilichorahisishwa kwa x:

$$(0.010)(x)=\text{1.0}\times {10}^{-28}$$

$$x=\text{1.0}\times {10}^{-26}M$$

Umumunyifu wa molar wa CD katika suluhisho hili ni 1.0$\times$10 ^—26 M.

Angalia Kujifunza Yako

Tumia umumunyifu wa molar wa hidroksidi ya alumini, Al (OH) ₃, katika ufumbuzi wa 0.015- M ya nitrati ya alumini, Al (NO ₃) ₃. K _sp ya Al (OH) ₃ ni 2$\times$10 ^—32.

Jibu:

4$\times$10 ^—11 M