U kemiji se topljivost koristi za opisivanje svojstava krutih spojeva koji su pomiješani i potpuno otopljeni s tekućinom bez ostavljanja bilo kakvih netopivih čestica. Samo se ionizirani (nabijeni) spojevi mogu otopiti. Radi praktičnosti, možete jednostavno zapamtiti nekoliko pravila ili pogledati popis da vidite hoće li većina čvrstih spojeva ostati čvrsta kada se stavi u vodu ili će se otopiti u velikim količinama. Zapravo, neke će se molekule otopiti čak i ako ne vidite promjenu. Da bi se eksperiment mogao izvesti s preciznošću, morate znati izračunati količinu otopljene otopine.
Korak
Metoda 1 od 2: Korištenje brzih pravila
Korak 1. Proučite ionske spojeve
Normalno svaki atom ima određeni broj elektrona. Međutim, ponekad atomi dobivaju ili gube elektrone. Rezultat je a iona koji je električno nabijen. Kada negativno nabijeni ion (koji ima jedan dodatni elektron) naiđe na pozitivno nabijen ion (gubi elektron), dva iona se povezuju poput pozitivnog i negativnog pola magneta, stvarajući ionski spoj.
- Negativno nabijeni ioni se zovu anion, dok se pozitivno nabijeni ion naziva kation.
- U normalnim okolnostima, broj elektrona jednak je broju protona u atomu čime se negira njegov električni naboj.
Korak 2. Shvatite temu topljivosti
Molekule vode (H2O) ima neobičnu strukturu sličnu magnetu. Jedan kraj ima pozitivan naboj, dok je drugi kraj negativno nabijen. Kad se ionski spoj stavi u vodu, "magnet" vode će ga okružiti i pokušati privući i odvojiti pozitivne i negativne ione. Veze u nekim ionskim spojevima nisu jako čvrste. Takav spoj vodotopljivi jer će voda odvojiti ione i otopiti ih. Neki drugi spojevi imaju jače veze tako da nije topljiv u vodi unatoč tome što je okružen molekulama vode.
Razni drugi spojevi imaju unutarnje veze koje su jednako jake koliko sila privlači molekule. Takvi spojevi se nazivaju slabo topljiv u vodi jer veliki dio spoja privlači voda, ali je ostatak i dalje stopljen.
Korak 3. Naučite pravila o topljivosti
Međuatomske interakcije su prilično složene. Spojevi koji su topljivi ili netopivi u vodi ne mogu se jednostavno intuitivno vidjeti. Na donjem popisu pronađite prvi ion u spoju za traženje kako biste utvrdili njegovo ponašanje. Zatim provjerite ima li iznimki kako biste bili sigurni da drugi ion nema nikakve neobične interakcije.
- Na primjer, za provjeru Stroncijevog klorida (SrCl2), potražite Sr ili Cl u koracima podebljanim ispod. Cl je "obično topiv u vodi", pa provjerite sljedeći za iznimke. Sr nije uključen u iznimku pa SrCl2 definitivno topljiv u vodi.
- U nastavku su navedene najčešće iznimke od svakog pravila. Postoji nekoliko drugih iznimaka, ali oni se vjerojatno neće naći u laboratoriju ili na satu kemije općenito.
Korak 4. Spojevi se mogu otopiti ako sadrže alkalne metale, uključujući Li+, Na+, K+, Rb+, i Cs+.
Ovi su elementi poznati i kao elementi skupine IA: litij, natrij, kalij, rubidij i cezij. Gotovo svi spojevi koji sadrže jedan od ovih iona topljivi su u vodi.
-
Izuzetak:
Li3PO4 netopivo u vodi.
Korak 5. NE Spojevi3-, C2H3O.2-, NE2-, ClO3-i ClO4- topljiv u vodi.
Nazivi su nitratni, acetatni, nitritni, kloratni i perkloratni ioni. Imajte na umu da se acetat često skraćuje na OAC.
-
Izuzetak:
Ag (OAc) (srebrni acetat) i Hg (OAc)2 (živin acetat) je netopiv u vodi.
- AgNO2- i KClO4- samo "slabo topljiv u vodi".
Korak 6. Spojevi Cl-, Br-, i ja- obično slabo topljiv u vodi.
Kloridni, bromidni i jodidni ioni uvijek tvore spojeve topive u vodi koji se nazivaju halogenidne soli.
-
Izuzetak:
Ako jedan od ovih iona veže ion srebra Ag+, živa Hg22+, ili voditi Pb2+, dobiveni spoj je netopiv u vodi. Isto vrijedi i za manje uobičajeni spoj, naime par Cu+ i talija Tl+.
Korak 7. Spojevi koji sadrže SO42- općenito topljiv u vodi.
Sulfatni ion obično tvori spojeve topive u vodi, ali postoje neke iznimke.
-
Izuzetak:
Sulfatni ion tvori netopive spojeve u vodi sa: stroncijem Sr2+, barij Ba2+, olovo Pb2+, srebro Ag+, kalcij Ca2+, radij Ra2+, i dvoatomno srebro Ag22+. Imajte na umu da su srebrni sulfat i kalcijev sulfat dovoljno topljivi da ih neki nazivaju blago topljivim u vodi.
Korak 8. Spojevi koji sadrže OH- ili S2- netopivo u vodi.
Gore navedeni ioni nazivaju se hidroksid i sulfid.
-
Izuzetak:
Sjetite se alkalnih metala (skupine I-A) i koliko lako ioni iz elemenata u tim skupinama tvore spojeve topive u vodi? Li+, Na+, K+, Rb+, i Cs+ će tvoriti spojeve topive u vodi s hidroksidnim ili sulfidnim ionima. Osim toga, hidroksidi tvore i soli topljive u vodi s zemnoalkalijskim ionima (skupina II-A): kalcij Ca2+, stroncij Sr2+, i barij Ba2+. Imajte na umu da spojevi proizvedeni iz hidroksida i zemnoalkalnih zemalja još uvijek imaju dovoljno molekula povezanih zajedno da se ponekad nazivaju "slabo topljivi u vodi".
Korak 9. Spojevi koji sadrže CO32- ili PO43- netopivo u vodi.
Još jedna provjera ima li karbonatnih i fosfatnih iona. Već biste trebali znati što će se dogoditi sa spojem iona.
-
Izuzetak:
Ti ioni tvore spojeve topive u vodi s alkalnim metalima, naime Li+, Na+, K+, Rb+, i Cs+, kao i amonijev NH4+.
Metoda 2 od 2: Izračun topljivosti kroz Ksp
Korak 1. Nađite konstantu topljivosti proizvoda Ksp.
Svaki spoj ima različitu konstantu, morat ćete ga potražiti u tablici u svom udžbeniku ili na internetu. Budući da se vrijednosti određuju eksperimentalno, različite tablice mogu prikazati različite konstante. Toplo se preporučuje da koristite tablice u udžbeniku ako ih imate. Osim ako nije drugačije navedeno, većina tablica pretpostavlja da je temperatura 25ºC.
Na primjer, ako je otopljeno olovni jodid PbI2, upišite konstantu topljivosti proizvoda. Kada se pozivate na tablicu na bilbo.chm.uri.edu, koristite konstantu 7, 1 × 10–9.
Korak 2. Zapišite kemijsku jednadžbu
Prvo odredite postupak kojim se spoj pri otapanju odvaja u ione. Zatim napišite kemijsku jednadžbu s Ksp s jedne strane i sastavni ioni s druge strane.
- Na primjer, molekula PbI2 podijeljeni na ione Pb2+, Ja-, i I. ioni-. (Morate znati ili tražiti naboj na jednom ionu jer spoj u cjelini ima neutralni naboj.)
- Napišite jednadžbu 7, 1 × 10–9 = [Pb2+] [Ja-]2
Korak 3. Promijenite jednadžbu da biste koristili varijablu
Prepišite jednadžbu kao jednostavan algebarski problem koristeći znanje o broju molekula i iona. U ovoj jednadžbi x je broj topljivih spojeva. Prepišite varijable koje predstavljaju broj svakog iona u x obliku.
- U ovom primjeru jednadžba se prepisuje kao 7, 1 × 10–9 = [Pb2+] [Ja-]2
- Budući da postoji jedan olovni ion (Pb2+) u spoju je broj molekula otopljenog spoja jednak broju slobodnih iona olova. Sada možemo napisati [Pb2+] protiv x.
- Budući da postoje dva iona joda (I-) za svaki olovni ion, broj atoma joda može se napisati kao 2x.
- Sada je jednadžba 7, 1 × 10–9 = (x) (2x)2
Korak 4. Uzmite u obzir ostale ione koji su normalno prisutni, ako je moguće
Preskočite ovaj korak ako se spoj otopi u čistoj vodi. Kada se spoj otopi u otopini koja već sadrži jedan ili više sastavnih iona ("uobičajeni ioni"), njegova će se topljivost značajno povećati. Opći ionski učinak najbolje se vidi u spojevima koji su uglavnom netopivi u vodi. U ovom slučaju može se pretpostaviti da većina iona u ravnoteži dolazi od iona koji su već prisutni u otopini. Prepišite jednadžbu za reakciju tako da uključi poznatu molarnu koncentraciju (mola po litri ili M) iona koji je već prisutan u otopini, zamjenjujući tako vrijednost x koja se koristi za ion.
Na primjer, ako se spoj olovni jodid otopi u otopini koja sadrži 0,2 M olovnog klorida (PbCl2) tada će jednadžba biti 7, 1 × 10–9 = (0, 2M+x) (2x)2. Zatim, budući da je 0,2 M koncentriranija koncentracija od x, jednadžba se može prepisati kao 7,1 × 10–9 = (0, 2M) (2x)2.
Korak 5. Riješite jednadžbu
Riješite x da biste saznali koliko je spoj topljiv u vodi. Budući da je konstanta topljivosti već uspostavljena, odgovor je u smislu broja molova spoja otopljenog po litri vode. Za izračun konačnog odgovora možda će vam trebati kalkulator.
- Sljedeći odgovor je za topljivost u čistoj vodi, bez uobičajenih iona.
- 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 molova po litri će se otopiti. Ta je količina toliko mala da je u biti netopiva u vodi.
