Iloczyn rozpuszczalności
Jeśli mamy sól trudnorozpuszczalną, np: \( M_nR_m \) , to jeśli wprowadzimy ją do wody, zdysocjuje tylko niewielka ilość cząsteczek tej soli. Zdecydowana większość tej substancji pozostanie w formie cząsteczkowej (obserwujemy to jako osad nierozpuszczony w roztworze):
W rzeczywistości w roztworze cały czas zachodzą reakcje rozpuszczania i wytrącania osadu, ale ani ogólne stężenie roztworu ani ilość osadu nie ulegają zmianie. Ustala się zatem równowaga dynamiczna pomiędzy formą cząsteczkową w osadzie a jonami w roztworze. Stałą równowagi tej reakcji możemy zapisać wzorem:
Stężenie cząsteczek \( M_nR_m \) w nasyconym roztworze jest praktycznie stałe, bo roztwór pozostaje w równowadze z osadem. Zatem przekształcamy równanie ( 2 ), tak aby wartości stałe były po jednej stronie:
Powyższy iloczyn jest wartością stałą dla danej substancji w stałych warunkach ciśnienia i temperatury i nosi nazwę iloczynu rozpuszczalności. Iloczyn rozpuszczalności ma jednostkę charakterystyczną dla danego równania, dlatego na ogół jej nie zapisujemy.
gdzie:
\( [M^{m+}] \) - stężenie kationów
\( [R^{n-}] \) - stężenie anionów
\( n, m \) - współczynniki stechiometryczne
Rozwiązanie:
\( \ce{Ca_3(PO_4)_2} \)dysocjuje zgodnie z równaniem:
Iloczyn rozpuszczalności dla tej zapiszemy jako:
| sól | równowaga | wyrażenie iloczynu rozpuszczalności | wartość iloczynu ropuszczalności |
| \( \ce{CuS} \) | \( \ce{CuS} = \ce{Cu^{2+} + S^{2-}} \) | \( I_r = [\ce{Cu^{2+}}][\ce{S^{2-}}] \) | \( 4,0 · 10^{-36} \) |
| \( \ce{Fe(OH)_3} \) | \( \ce{Fe(OH)_3} = \ce{Fe^{3+}} +\text{3}\ce{OH^-} \) | \( I_r = [\ce{Fe^{3+}}][\ce{OH^-}]^3 \) | \( 6,0 · 10^{-38} \) |
| \( \ce{Al(OH)_3} \) | \( \ce{Al(OH)_3} = \ce{Al^{3+}} + \text{3}\ce{OH^-} \) | \( I_r = [\ce{Al^{3+}}][\ce{OH^-}]^3 \) | \( 5,0 · 10^{-33} \) |
| \( \ce{Cr(OH)_3} \) | \( \ce{Cr(OH)_3} = \ce{Cr^{3+}} + \text{3}\ce{OH^-} \) | \( I_r = [\ce{Cr^{3+}}][\ce{OH^-}]^3 \) | \( 7,0 · 10^{-31} \) |
| \( \ce{PbS} \) | \( \ce{PbS} = \ce{Pb^{2+}} + \ce{S^{2-}} \) | \( I_r = [\ce{Pb^{2+}}][\ce{S^{2-}}] \) | \( 4,0 · 10^{-26} \) |
| \( \ce{NiS} \) | \( \ce{NiS} = \ce{Ni^{2+}} + \ce{S^{2-}} \) | \( I_r = [\ce{Ni^{2+}}][\ce{S^{2-}}] \) | \( 1,0 · 10^{-22} \) |
| \( \ce{Hg_2Cl_2} \) | \( \ce{Hg_2Cl_2} = \text{2}\ce{Hg^+} + \text{2}\ce{Cl^-} \) | \( I_r = [\ce{Hg^+}]^2[\ce{Cl^-}]^2 \) | \( 1,1 · 10^{-18} \) |
| \( \ce{Ni(OH)_2} \) | \( \ce{Ni(OH)_2} = \ce{Ni^{2+}} + \text{2}\ce{OH^-} \) | \( I_r = [\ce{Ni^{2+}}][\ce{OH^-}]^2 \) | \( 1,6 · 10^{-16} \) |
| \( \ce{Fe(OH)_2} \) | \( \ce{Fe(OH)_2} = \ce{Fe^{2+}} +\text{2}\ce{OH^-} \) | \( I_r = [\ce{Fe^{2+}}][\ce{OH^-}]^2 \) | \( 2,0 · 10^{-15} \) |
| \( \ce{AgCl} \) | \( \ce{AgCl} = \ce{Ag^+ + Cl^-} \) | \( I_r = [\ce{Ag^+][Cl^-}] \) | \( 2,8 · 10^{-10} \) |
| \( \ce{CaCO_3} \) | \( \ce{CaCO_3} = \ce{Ca^{2+}} + \ce{CO_3^{2-}} \) | \( I_r = [\ce{Ca^{2+}}][\ce{CO_3^{2-}}] \) | \( 6,9 · 10^{-10} \) |
| \( \ce{CuCl} \) | \( \ce{CuCl} = \ce{Cu^+ +Cl^-} \) | \( I_r = [\ce{Cu^+}][\ce{Cl^-}] \) | \( 3,2 · 10^{-7} \) |
| \( \ce{PbCl_2} \) | \( \ce{PbCl_2} = \ce{Pb^{2+}} + \text{2}\ce{Cl^-} \) | \( I_r = [\ce{Pb^{2+}}][\ce{Cl^-}]^2 \) | \( 1,6 · 10^{-5} \) |
Iloczyn rozpuszczalności jest miarą rozpuszczalności danej substancji. Jeżeli iloczyn stężeń jonowych trudno rozpuszczalnego elektrolitu w roztworze jest większy niż iloczyn rozpuszczalności tego elektrolitu:
\( [M^{m+}]^n[R^{n-}]^m > I_r \)
To z roztworu wytrąca się osad, do momentu aż nie osiągnie iloczynu rozpuszczalności (roztwór nasycony). Jeżeli iloczyn stężeń jonowych trudno rozpuszczalnego elektrolitu w roztworze jest mniejszy niż iloczyn rozpuszczalności tego elektrolitu:
\( [M^{m+}]^n[R^{n-}]^m < I_r \)
Substancja jest rozpuszczona całkowicie (brak osadu) i mamy wtedy roztwór nienasycony.
Niekiedy można uzyskać roztwory o stężeniach większych niż wynosi rozpuszczalność danej substancji w roztworze (przekroczony iloczyn rozpuszczalności). Roztwory takie noszą nazwę roztworów przesyconych. Są one układami nierównowagowymi i termodynamicznie nietrwałymi. Roztwory takie będą dążyć do powrotu do równowagi i z biegiem czasu wytrąci się z nich osad.