Разтворимост и образуване на комплексни йони

Нека първо да изчислим моларната разтворимост на сребърен хлорид в чиста вода и след това ще сравним разтворимостта, получена в подточка А, с разтворимостта, която ще намерим в подточка Б. В подточка Б вече нямаме чиста вода. Там има и известно количество амоняк. Взимаме някакво количество твърд сребърен хлорид, ето това тук, и го поставяме в чиста вода. Част от сребърния хлорид ще се разтвори, но по-голямата част ще остане в твърдо състояние. Сребърният хлорид е слабо разтворимо съединение. Ето това е моята малка купчинка неразтворен сребърен хлорид. Все пак някаква част ще се разтвори и ще получим наситен разтвор от сребърен хлорид. В разтвора ще има сребърни +1 катиони и също така хлоридни аниони. Достигаме равновесно състояние. За да намерим моларната разтворимост на сребърния хлорид, нека да направим една таблица. Първоначални концентрации, промяна и равновесни концентрации. Преди да поставим сребърния хлорид във водата, в разтвора няма никакви йони. Първоначалните концентрации са нула. Концентрациите на йоните са нула. Част от сребърния хлорид ще се разтвори, така че тук количеството сребърен хлорид ще намалее. Ще го означим с Х. Губим част от нашия сребърен хлорид. Ако погледнем молните съотношения, на един мол сребърен хлорид, който се разтваря, в разтвора ще има един мол сребърни 1+ катиони. Губим Х тук, но получаваме Х ето тук. Имаме концентрация Х от сребърни катиони в разтвора. И понеже съотношението ни все още е едно към едно, ако се разтвори един мол сребърен хлорид, ще получим един мол хлоридни аниони. Значи тук също имаме плюс Х. В равновесно състояние концентрацията на сребърни катиони е Х, и концентрацията на хлоридни аниони е Х. Записвам нашето уравнение, и понеже имаме равновесно състояние, записвам произведението на разтворимостта, Кsp, това е нашата константа, която е равна на концентрацията на продуктите, имаме концентрацията на Ag+, повдигната на степен коефициента, т.е. на първа степен, по концентрацията на хлоридните аниони, Cl–, повдигната на степен, равна на коефициента, т.е. на първа степен. Заместваме нашето произведение на разтворимостта при 25 градуса. То е 1,8 по 10^(–10), затова тук имаме 1,8 по 10^(–10). И това е равно на Х по Х, равно на Х на квадрат. Взимаме калкулатора и намираме Х. Имаме квадратен корен от 1,8 по 10^(–10). Намирам квадратния корен и Х е равно на 1,3 по 10^(–5) след като го закръглим. Х е равно на 1,3 по 10^(–5) мола на литър. Това е концентрацията на нашите сребърни 1+ катиони в разтвора. Това е и моларната разтворимост на сребърния хлорид. Това показва какво количество може да се разтвори. Това е много ниска моларна разтворимост, така че сребърния хлорид е слабо разтворимо съединение. Да видим какво се случва, когато имаме амоняк вместо чиста вода. Имаме три мола на литър, нали? Сега имаме някакво количество амоняк. Какво се случва, когато около сребърните йони има амоняк? Протича тази реакция. Сребърните катиони плюс две молекули амоняк образуват този така наречен комплексен йон. Нека да ти покажа как става това. Имаме сребърен 1+ катион и две молекули амоняк. Ще покажа тук моите две молекули амоняк. Това със сигурност не е в мащаб, ще направя една от тази страна и ще направя още една от тази страна. Припомни си определенията за Люисова киселина и основа. Люисовата основа е донор на електронна двойка и точно това се случва тук. Азотът има несподелена електронна двойка и всяка молекула амоняк ще предостави една двойка електрони на нашия сребърен 1+ катион, нали? Амонякът е донор на електронна двойка, следователно е Люисова основа, а сребърният катион приема една електронна двойка, значи е Люисова киселина. Образуването на комплексен йон е реакция между Люисови киселина и основа. Обърни внимание на равновесната константа тук. 1,6 по 10^(7). Kf се нарича константа на формиране. Тук тя има много висока стойност за равновесна константа. Така че равновесието се намира вдясно и това е стабилен комплексен йон. Така че всеки сребърен йон, който се намира в разтвора, ако в разтвора има амоняк, ще бъде "грабнат" от амоняка и на практика амонякът отстранява сребърните йони от разтвора. Връщаме се тук горе, за да помислим за равновесието. Ако имаме наличен амоняк, той ще премахне сребърните йони от разтвора. С това концентрацията на сребърните катиони намалява. Намалява концентрацията на един от продуктите. Според принципа на льо Шателие, при понижаване на концентрацията на някой от продуктите, равновесието се измества надясно, за да се увеличи продуктът, което означава повишаване на разтворимостта на сребърния хлорид. Ще се разтвори по-голямо количество поради присъствието на амоняка, тъй като се образува комплексен йон. Така че ако тук добавим разтвор на амоняк, ще накараме сребърния хлорид да се разтвори, тъй като той става по-разтворим заради образуването на комплексни йони. Можем да кажем, че сме добавили разтвор на амоняк, за да накараме сребърния хлорид да се разтвори. Това е идеята. Добавянето на амоняка води до образуване на комплексни йони, което увеличава разтворимостта на сребърния хлорид. Тук очакваме повишена разтворимост на нашето слабо разтворимо йонно съединение сребърен хлорид. И сега да направим изчисленията. Ще намерим разтворимостта на сребърния хлорид в три моларен разтвор на амоняк. Тук ще следим две реакции. Гледаме равновесието при разтварянето на нашето слабо разтворимо съединение, и гледаме образуването на комплексни йони. Събираме тези две реакции, за да получим какво се случва. Събираме двете реакции, за да получим общата реакция, която протича, когато добавим сребърен хлорид в амоняк. При изходните вещества имаме сребърни катиони, които имаме и от страната на получените вещества, така че можем да ги махнем. За общия процес имаме твърд сребърен хлорид плюс амоняк. При продуктите имаме комплексен йон и хлоридни аниони. Имаме комплексен йон и хлоридни аниони. Имаме Cl–. Това е нетната реакция. Но щом събираме тези две реакции, тогава за нашата нетна реакция ще имаме нова равновесна константа, нека я наречем К. Ако съберем двете реакции, имаме новата ни равновесна константа, която е произведение на равновесните константи на тези две реакции. Така че К е равно на Ksp по Kf. Ако го сметнеш, получаваш 1,8 по 10^(–10) по 1,6 по 10^(7) и това е новата равновесна константа. Няма да го правя тук, за да спестя малко време, но ако ти го направиш, ще получиш 2,9 по 10^(–3). Това е 2,9. Добре, целта е да намерим моларната разтворимост на сребърния хлорид в амоняк. Затова отново правим таблица. Първоначална концентрация, промяна и равновесни концентрации. Нека приемем, че започваме с разтвор на амоняк, и още не сме добавили сребърен хлорид. Да се върнем тук горе и да видим концентрацията. Имаме 3 моларен разтвор на амоняк, записвам го тук. Началната концентрация на амоняка е 3 мола на литър. И ако още не сме добавили сребърен хлорид, нямаме никакви комплексни йони, началната концентрация на комплексните йони е нула. Нямаме и никакви хлоридни йони, така че тяхната концентрация също е нула. Добавяме сребърен хлорид към разтвора на амоняк и част от сребърния хлорид ще се разтвори. Затова имаме концентрация Х. Разтваря се известно количество сребърен хлорид, затова пишем –Х. Сега да видим молните съотношения. Моларното съотношение на сребърния хлорид към амоняка е едно към две. За един мол разтворен сребърен хлорид ние губим два мола амоняк. Затова тук пишем –2Х. При продуктите, ако един мол сребърен хлорид се разтвори, получаваме един мол комплексни йони. Ако тук намалява с Х, тук се увеличава с Х концентрацията на комплексния йон. Същото важи и за хлоридния анион, къй като коефициентът е едно. Ще имаме +Х за концентрацията на хлоридния анион. Ето защо в състояние на равновесие концентрацията на амоняка е 3 минус 2Х. Концентрацията на комплексния йон е Х и концентрацията на хлоридния анион е също Х. Нека да запишем уравнението за равновесието на процеса. К ще бъде равно на концентрацията на продуктите върху изходните вещества. Поглеждам комплексния йон тук. Записвам концентрацията на комплексния йон. Повдигаме я на степен, равна на коефициента. Значи на първа степен. Това умножаваме по концентрацията на хлоридния анион, повдигната на степен, равна на коефициента, т.е. на първа. Тук имаме и изходни вещества. Изпускаме сребърния хлорид, тъй като е в твърдо състояние, но имаме амоняк, така че това цялото върху концентрацията на изходните вещества, т.е. върху концентрацията на амоняка. Тук имаме коефициент две. Затова тук трябва да имаме втора степен. След това заместваме равновесните концентрации. Равновесната концентрация на амоняка е 3 – 2Х. Равновесната концентрация на комплексния йон е Х, и равновесната концентрация на хлоридния анион е Х. затова отдясно имаме Х на първа степен по Х на степен... нека да махна това... по Х на първа степен върху (3 – 2Х) на втора степен. И можем да заместим нашата равновесна константа К, която е 2,9 по 10^(–3), така че по 2,9 по 10^(–3) е равно на... отдясно имаме Х на квадрат, нека да го запиша. Имаме Х на квадрат върху (3 – 2Х)^2 е равно на 2,9 по 10^(–3). Какво можем да направим тук, тези двете са Х на квадрат, можем да кажем, че всичко отдясно е на квадрат. Можем да намерим корен квадратен от двете страни. намираме корен квадратен от 2,9 по 10^(–3) и корен квадратен от всичко, което е отдясно. Корен квадратен от това, което е отдясно, ще бъде Х/(3 – 2Х). И нека да взема калкулатора, за да сметна другото. Корен квадратен от 2,9 по 10^(–3) е равно на... ще го закръгля на 0,054. Това е по-лесно, ако го закръглим. Така че имаме 0,054. Целта ни е да намерим Х. Търсим моларната разтворимост. Можем да умножим двете страни по (3 – 2Х), и тогава ще получим това. Умножаваме 0,054 по 3, и ако го закръглим, ще получим около 0,16, и 0,054 по 2 е приблизително 0,11. Получихме 0,16 – 0,11Х = Х. Имаме 0,16 е равно на, преместваме всички Х от едната страна, това е 1Х и това е 0,11Х. 1Х плюс 0,11 Х е 1,11Х. Сега просто трябва да пресметнем Х. Имаме 0,16, което делим на 1,11 и това е равно на 0,14. Значи Х е равно на 0,14, което е приблизителна стойност, защото правихме някои закръгления. Това е концентрация. Това е моларната разтворимост. Ако се върнем тук горе, Х е равно на 0,14 мола на литър. Това е концентрацията на комплексния йон в равновесния разтвор. Това е моларната разтворимост на сребърния хлорид. Тя е 0,14 мола за литър. Нека да се върнем в началото и да сравним моларната разтворимост. В чиста вода моларната разтворимост на сребърния хлорид е 1,3 по 10^(–5) мола за литър, което е много малка разтворимост. Но когато имаме амоняк, разтворимостта се увеличи и ние току-що я изчислихме като 0,14 мола за литър. Очевидно е, че 0,14 мола за литър е много повече от 1,3 по 10^(–5). Образуването на комплексен йон увеличава разтворимостта на слабо разтворимото съединение сребърен хлорид.