2. Реакции, протекающие с образованием осадков

В ионных реакциях очень часто сдвигается равновесие в результате образования осадка.

Осадок получается, например, в следующих реакциях:

Равновесие «осадок—раствор» для труднорастворимых соединений характеризуется произведением растворимости, представляющим собой произведение концентраций (точнее, активностей) ионов труднорастворимой соли в ее насыщенном растворе. Например, в насыщенном растворе существует равновесие:

Применяя к этому равновесию закон действия масс, можно написать:

В насыщенном растворе концентрация растворенного хлористого серебра постоянна. Поэтому

Произведение концентраций ионов малорастворимого (труднорастворимого) электролита в его насыщенном растворе называют произведением растворимости и обозначают буквами ПР:

Физический смысл приведенного выше уравнения заключается в следующем: при установившемся равновесии в насыщенном растворе труднорастворимого электролита произведение концентраций его ионов есть величина постоянная при данной температуре и давлении (независимо от изменений концентраций отдельных ионов).

В насыщенном растворе произведение концентраций ионов электролита характеризует его способность к растворению. Действительно, из вышесказанного вытекает, что растворимость соли, состоящей из двух ионов, равна квадратному корню из произведения растворимости, т. е. если мы обозначим, например, концентрацию ионов и через х, то ПР откуда .

Зная величину произведений растворимости того или иного электролита, можно вычислить его растворимость в моль и в (и наоборот, зная растворимость электролита, можно вычислить произведение растворимости).

Числовые значения произведений растворимости и труднорастворимых солей весьма различны. Так, для

В тех случаях, когда молекула электролита содержит несколько одинаковых ионов, концентрации их при вычислении ПР возводятся в степень, величина которой соответствует числу одинаковых ионов. Например:

В более общей форме это выражается так:

где и — концентрации катиона и аниона, n и m — коэффициенты в стехиометрическом уравнении реакции.

Произведение растворимости позволяет решать многие вопросы, связанные с образованием или растворением осадков при химических реакциях в зависимости от тех или иных условий. Если, например, к насыщенному раствору добавить небольшое количество раствора другого вещества с одноименным ионом ( или ), то концентрация этого иона (в данном случае иона хлора) в растворе повысится, а чтобы ПР осталось неизменным, концентрация ионов уменьшится, т. е. пойдет реакция и будет идти до тех пор, пока не восстановится ПР

Чтобы осадить возможцо полнее ионы хлора, нужно прибавить избыток ионов серебра.

Таким образом, растворимость труднорастворимого электролита от введения в раствор одноименных ионов уменьшается.

Если для данного раствора хлористого серебра произведение концентраций ионов становится больше произведения растворимости, т. е. ПР (например, ), то образуется осадок. , если произведение концентраций ионов данного электролита становится меньше произведения растворимости, т. е. ПР (например, ), то осадок растворяется.

Таким образом, константа произведения растворимости дает возможность только объяснить, но и предвидеть реакции образования и растворения осадков.

Пользуясь таблицей растворимости солей и оснований в воде (приложение 3), а также величинами растворимости и произведений растворимости (приложение 4), можно предсказать образование труднорастворимых осадков и легкорастворимых веществ.

Так, например, в реакции

из двух получающихся веществ труднорастворим (его растворимость равна , или ). Напротив, легкорастворим (его растворимость в равна 5,8 ). Следовательно, в этой реакции выпадет в осадок , который в раз менее растворим, чем . Более подробно об образовании и растворении осадков см. стр. 293.