In chimica, la solubilità viene utilizzata per descrivere le proprietà dei composti solidi che vengono miscelati e completamente disciolti con un liquido senza lasciare particelle insolubili. Solo i composti ionizzati (caricati) possono dissolversi. Per comodità, puoi semplicemente memorizzare alcune regole o fare riferimento a un elenco per vedere se la maggior parte dei composti solidi rimarrà solida se messa in acqua o si dissolverà in grandi quantità. In effetti, alcune molecole si dissolveranno anche se non puoi vedere il cambiamento. Affinché l'esperimento possa svolgersi con precisione, è necessario sapere come calcolare la quantità disciolta.
Fare un passo
Metodo 1 di 2: utilizzo di regole rapide
Passaggio 1. Studiare i composti ionici
Normalmente ogni atomo ha un certo numero di elettroni. Tuttavia, a volte gli atomi acquistano o perdono elettroni. Il risultato è un ione che è elettricamente carico. Quando uno ione con carica negativa (che ha un elettrone in più) incontra uno ione con carica positiva (che perde un elettrone), i due ioni si legano insieme come i poli positivo e negativo di un magnete, producendo un composto ionico.
- Gli ioni caricati negativamente sono chiamati anione, mentre lo ione caricato positivamente è chiamato cazione.
- In circostanze normali, il numero di elettroni è uguale al numero di protoni in un atomo, negando così la sua carica elettrica.
Passaggio 2. Comprendere l'argomento della solubilità
Molecole d'acqua (H2O) ha una struttura insolita simile a un magnete. Un'estremità ha una carica positiva, mentre l'altra estremità è caricata negativamente. Quando un composto ionico viene posto nell'acqua, il "magnete" dell'acqua lo circonderà e cercherà di attirare e separare gli ioni positivi e negativi. I legami in alcuni composti ionici non sono molto forti. Un tale composto solubile in acqua perché l'acqua separerà gli ioni e li dissolverà. Alcuni altri composti hanno legami più forti in modo che non solubile in acqua nonostante sia circondato da molecole d'acqua.
Vari altri composti hanno legami interni forti quanto la forza che l'acqua attrae le molecole. Tali composti sono chiamati leggermente solubile in acqua perché gran parte del composto è attratto dall'acqua, ma il resto è ancora fuso.
Passaggio 3. Impara le regole sulla solubilità
Le interazioni interatomiche sono piuttosto complesse. I composti solubili o insolubili in acqua non possono essere visti semplicemente intuitivamente. Trova il primo ione nel composto da cercare nell'elenco sottostante per determinarne il comportamento. Quindi, controlla eventuali eccezioni per assicurarti che il secondo ione non abbia interazioni insolite.
- Ad esempio, per controllare il cloruro di stronzio (SrCl2), cercare Sr o Cl nei passaggi in grassetto di seguito. Cl è "solitamente solubile in acqua", quindi controlla il prossimo per le eccezioni. Sr non è incluso nell'eccezione quindi SrCl2 decisamente solubile in acqua.
- Di seguito sono elencate le eccezioni più comuni a ciascuna regola. Ci sono alcune altre eccezioni, ma probabilmente non si troveranno in un laboratorio o in una lezione di chimica in generale.
Passaggio 4. I composti possono essere sciolti se contengono metalli alcalini, incluso Li+, N / A+, K+, Rb+e Cs+.
Questi elementi sono anche conosciuti come elementi del gruppo IA: litio, sodio, potassio, rubidio e cesio. Quasi tutti i composti contenenti uno di questi ioni sono solubili in acqua.
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Eccezione:
Li3PO4 insolubile in acqua.
Passaggio 5. No. Composti3-, C2h3oh2-, NO2-, ClO3-e ClO4- solubile in acqua.
I nomi sono rispettivamente ioni nitrato, acetato, nitrito, clorato e perclorato. Si noti che l'acetato è spesso abbreviato in OAC.
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Eccezione:
Ag(OAc) (acetato d'argento) e Hg(OAc)2 (mercurio acetato) è insolubile in acqua.
- AgNO2- e KClO4- solo "leggermente solubile in acqua".
Passaggio 6. Composti di Cl-, Bra-, e io- generalmente leggermente solubile in acqua.
Gli ioni cloruro, bromuro e ioduro formano sempre composti idrosolubili chiamati sali di alogenuro.
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Eccezione:
Se uno di questi ioni si lega allo ione d'argento Ag+, mercurio Hg22+, o piombo Pb2+, il composto risultante è insolubile in acqua. Lo stesso vale per il composto meno comune, vale a dire la coppia Cu+ e tallio Tl+.
Passaggio 7. Composti contenenti SO42- generalmente solubile in acqua.
Lo ione solfato di solito forma composti solubili in acqua, ma ci sono alcune eccezioni.
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Eccezione:
Lo ione solfato forma composti insolubili in acqua con: stronzio Sr2+, bario Ba2+, piombo Pb2+, argento Ag+, calcio Ca2+, radio Ra2+e argento biatomico Ag22+. Nota che il solfato d'argento e il solfato di calcio sono sufficientemente solubili che alcuni li chiamano leggermente solubili in acqua.
Passaggio 8. Composti contenenti OH- o S2- insolubile in acqua.
Gli ioni sopra sono chiamati idrossido e solfuro.
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Eccezione:
Ricordi i metalli alcalini (Gruppi I-A) e la facilità con cui gli ioni degli elementi di quei gruppi formano composti solubili in acqua? Li+, N / A+, K+, Rb+e Cs+ formerà composti idrosolubili con ioni idrossido o solfuro. Inoltre, gli idrossidi formano anche sali idrosolubili con ioni alcalino-terrosi (Gruppo II-A): calcio Ca2+, stronzio Sr2+e bario Ba2+. Nota che i composti prodotti da idrossidi e terre alcaline hanno ancora abbastanza molecole legate insieme da essere talvolta chiamati "leggermente solubili in acqua".
Passaggio 9. Composti contenenti CO32- o PO43- insolubile in acqua.
Un altro controllo per gli ioni carbonato e fosfato. Dovresti già sapere cosa accadrà al composto degli ioni.
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Eccezione:
Questi ioni formano composti idrosolubili con metalli alcalini, vale a dire Li+, N / A+, K+, Rb+e Cs+, così come l'ammonio NH4+.
Metodo 2 di 2: Calcolo della solubilità attraverso Ksp
Passaggio 1. Trova la costante di solubilità del prodotto Ksp.
Ogni composto ha una costante diversa, dovrai cercarla in una tabella nel tuo libro di testo o online. Poiché i valori sono determinati sperimentalmente, tabelle diverse possono visualizzare costanti diverse. Si consiglia vivamente di utilizzare le tabelle nel libro di testo se le si possiede. Se non diversamente specificato, la maggior parte delle tabelle presuppone che la temperatura sia di 25ºC.
Ad esempio, se quello che viene disciolto è ioduro di piombo PbI2, scrivi la costante di solubilità del prodotto. Quando fai riferimento alla tabella su bilbo.chm.uri.edu, usa la costante 7, 1×10–9.
Passaggio 2. Annota l'equazione chimica
Innanzitutto, determina il processo mediante il quale il composto si separa in ioni quando viene dissolto. Quindi, scrivi l'equazione chimica con Ksp da un lato e gli ioni costituenti dall'altro.
- Ad esempio, una molecola di PbI.2 diviso in ioni Pb2+, IO-, e io.ioni-. (Devi solo conoscere o cercare la carica su uno ione perché il composto nel suo insieme ha una carica neutra.)
- Scrivi l'equazione 7, 1×10–9 = [Pb2+][IO-]2
Passaggio 3. Modificare l'equazione per utilizzare una variabile
Riscrivi l'equazione come un semplice problema algebrico usando la conoscenza del numero di molecole e ioni. In questa equazione x è il numero di composti solubili. Riscrivi le variabili che rappresentano il numero di ogni ione in forma x.
- In questo esempio, l'equazione viene riscritta come 7, 1×10–9 = [Pb2+][IO-]2
- Perché c'è uno ione piombo (Pb2+) nel composto, il numero di molecole del composto disciolto è uguale al numero di ioni piombo liberi. Ora possiamo scrivere [Pb2+] contro x.
- Poiché ci sono due ioni iodio (I-) per ogni ione di piombo, il numero di atomi di iodio può essere scritto come 2x.
- Ora l'equazione è 7, 1×10–9 = (x)(2x)2
Passaggio 4. Se possibile, prendere in considerazione altri ioni normalmente presenti
Salta questo passaggio se il composto viene sciolto in acqua pura. Quando un composto viene sciolto in una soluzione che contiene già uno o più degli ioni costituenti ("ioni comuni"), la sua solubilità aumenterà in modo significativo. L'effetto ionico generale si vede meglio nei composti che sono in gran parte insolubili in acqua. In questo caso si può ipotizzare che la maggior parte degli ioni all'equilibrio provenga da ioni già presenti in soluzione. Riscrivi l'equazione della reazione per includere la concentrazione molare nota (moli per litro o M) dello ione già presente in soluzione, sostituendo così il valore di x utilizzato per lo ione.
Ad esempio, se il composto ioduro di piombo viene sciolto in una soluzione contenente cloruro di piombo 0,2 M (PbCl2) allora l'equazione sarà 7, 1×10–9 = (0, 2M+x)(2x)2. Quindi, poiché 0.2 M è una concentrazione più concentrata di x, l'equazione può essere riscritta come 7.1×10–9 = (0, 2M)(2x)2.
Passaggio 5. Risolvi l'equazione
Risolvi x per scoprire quanto è solubile il composto in acqua. Poiché la costante di solubilità è già stata stabilita, la risposta è in termini di numero di moli del composto disciolto per litro d'acqua. Potrebbe essere necessaria una calcolatrice per calcolare la risposta finale.
- La risposta seguente è per la solubilità in acqua pura, senza gli ioni comuni.
- 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 le moli per litro si dissolveranno. Questa quantità è così piccola che è essenzialmente insolubile in acqua.
