วิธีคำนวณความสามารถในการละลาย: 14 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: Jason Gerald | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-15 08:25

ในวิชาเคมี ความสามารถในการละลายใช้เพื่ออธิบายคุณสมบัติของสารประกอบที่เป็นของแข็งที่ผสมและละลายอย่างสมบูรณ์กับของเหลวโดยไม่ทิ้งอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำ เฉพาะสารประกอบที่แตกตัวเป็นไอออน (มีประจุ) เท่านั้นที่สามารถละลายได้ เพื่อความสะดวก คุณสามารถท่องจำกฎสองสามข้อหรือดูรายการเพื่อดูว่าสารประกอบที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่จะยังคงเป็นของแข็งหรือไม่เมื่อใส่ในน้ำหรือจะละลายในปริมาณมาก อันที่จริง โมเลกุลบางตัวจะละลายแม้ว่าคุณจะมองไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงก็ตาม เพื่อให้การทดสอบเกิดขึ้นได้อย่างแม่นยำ คุณต้องรู้วิธีคำนวณปริมาณที่ละลายได้

ขั้นตอน

วิธีที่ 1 จาก 2: การใช้กฎด่วน

ขั้นตอนที่ 1 ศึกษาสารประกอบไอออนิก

โดยปกติแต่ละอะตอมจะมีอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่ง อย่างไรก็ตาม บางครั้งอะตอมได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน ผลที่ได้คือ ไอออน ซึ่งเป็นประจุไฟฟ้า เมื่อไอออนที่มีประจุลบ (มีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นหนึ่งตัว) พบไอออนที่มีประจุบวก (สูญเสียอิเล็กตรอน) ไอออนทั้งสองจะเกาะติดกันเหมือนขั้วบวกและขั้วลบของแม่เหล็ก ทำให้เกิดสารประกอบไอออนิก

ประจุลบเรียกว่า ประจุลบ ในขณะที่ไอออนที่มีประจุบวกเรียกว่า ไอออนบวก.
ภายใต้สถานการณ์ปกติ จำนวนของอิเล็กตรอนจะเท่ากับจำนวนโปรตอนในอะตอม ซึ่งจะทำให้ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนลดลง

ขั้นตอนที่ 2 ทำความเข้าใจหัวข้อความสามารถในการละลาย

โมเลกุลของน้ำ (H₂O) มีโครงสร้างที่ไม่ธรรมดาซึ่งคล้ายกับแม่เหล็ก ปลายด้านหนึ่งมีประจุบวก ปลายอีกด้านหนึ่งมีประจุลบ เมื่อวางสารประกอบไอออนิกลงในน้ำ "แม่เหล็ก" ของน้ำจะล้อมรอบมันและพยายามดึงดูดและแยกไอออนบวกและลบออกจากกัน พันธะในสารประกอบไอออนิกบางชนิดไม่แข็งแรงมาก สารประกอบดังกล่าว ละลายน้ำได้ เพราะน้ำจะแยกไอออนและละลายออก สารประกอบอื่นๆ บางตัวมีพันธะที่แข็งแรงกว่า ดังนั้น ไม่ละลายน้ำ แม้ว่าจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของน้ำ

สารประกอบอื่นๆ หลายชนิดมีพันธะภายในที่แข็งแรงพอๆ กับแรงที่น้ำดึงดูดโมเลกุล สารประกอบดังกล่าวเรียกว่า ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ เพราะส่วนใหญ่ของสารประกอบถูกดึงดูดด้วยน้ำ แต่ส่วนที่เหลือยังคงหลอมรวมอยู่

ขั้นตอนที่ 3 เรียนรู้กฎเกี่ยวกับการละลาย

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมค่อนข้างซับซ้อน สารประกอบที่ละลายได้หรือไม่ละลายในน้ำไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยสัญชาตญาณ ค้นหาไอออนแรกในสารประกอบเพื่อค้นหาในรายการด้านล่างเพื่อกำหนดลักษณะการทำงาน ถัดไป ตรวจสอบข้อยกเว้นเพื่อให้แน่ใจว่าไอออนที่สองไม่มีการโต้ตอบที่ผิดปกติ

ตัวอย่างเช่น เพื่อตรวจสอบสตรอนเทียมคลอไรด์ (SrCl₂) มองหา Sr หรือ Cl ในขั้นตอนที่เป็นตัวหนาด้านล่าง Cl คือ "ปกติจะละลายน้ำได้" ดังนั้นโปรดตรวจสอบข้อยกเว้นถัดไป Sr ไม่รวมอยู่ในข้อยกเว้น ดังนั้น SrCl₂ ละลายน้ำได้แน่นอน
ข้อยกเว้นที่พบบ่อยที่สุดสำหรับแต่ละกฎแสดงอยู่ด้านล่าง มีข้อยกเว้นอื่นๆ อีกสองสามข้อ แต่อาจไม่พบในห้องปฏิบัติการหรือชั้นเรียนเคมีโดยทั่วไป

ขั้นตอนที่ 4 สารประกอบสามารถละลายได้หากมีโลหะอัลคาไล รวมทั้ง Li⁺, นา⁺, K⁺, Rb⁺และ Cs⁺.

องค์ประกอบเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าองค์ประกอบ IA ของกลุ่ม: ลิเธียม โซเดียม โพแทสเซียม รูบิเดียม และซีเซียม สารประกอบเกือบทั้งหมดที่มีไอออนเหล่านี้สามารถละลายได้ในน้ำ

ข้อยกเว้น:

หลี่₃ป₄ ไม่ละลายในน้ำ

ขั้นตอนที่ 5. ไม่. สารประกอบ₃^-, ค₂ชม₃โอ₂^-, ไม่₂^-, ClO₃^-, และ ClO₄^- ละลายในน้ำ

ชื่อตามลำดับคือ ไนเตรต อะซิเตท ไนไตรต์ คลอเรต และเปอร์คลอเรตไอออน โปรดทราบว่าอะซิเตทมักจะย่อให้เหลือ OAC

ข้อยกเว้น:

Ag(OAc) (ซิลเวอร์อะซิเตท) และ Hg(OAc)₂ (ปรอทอะซิเตท) ไม่ละลายในน้ำ
AgNO₂^- และ KClO₄^- เท่านั้น "ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ"

ขั้นตอนที่ 6. Cl. สารประกอบ^-, Br^-, และฉัน^- มักจะละลายได้เล็กน้อยในน้ำ

คลอไรด์ โบรไมด์ และไอโอไดด์ไอออนจะสร้างสารประกอบที่ละลายน้ำได้ที่เรียกว่าเกลือเฮไลด์

ข้อยกเว้น:

ถ้าไอออนเหล่านี้จับกับไอออนเงิน Ag⁺, ปรอท Hg₂²⁺หรือนำ Pb²⁺, สารประกอบที่ได้จะไม่ละลายในน้ำ เช่นเดียวกับสารประกอบทั่วไปที่น้อยกว่าคือ Cu. pair⁺ และแทลเลียม Tl⁺.

ขั้นตอนที่ 7 สารประกอบที่มีSO₄^2- โดยทั่วไปละลายได้ในน้ำ

ซัลเฟตไอออนมักจะสร้างสารประกอบที่ละลายน้ำได้ แต่มีข้อยกเว้นบางประการ

ข้อยกเว้น:

ซัลเฟตไอออนสร้างสารประกอบที่ไม่ละลายในน้ำด้วย: สตรอนเทียม Sr²⁺, แบเรียม Ba²⁺, นำ PB²⁺, เงิน Ag⁺, แคลเซียม Ca²⁺, เรเดียมRa²⁺, และไดอะตอมมิกซิลเวอร์ Ag₂²⁺. โปรดทราบว่าซิลเวอร์ซัลเฟตและแคลเซียมซัลเฟตสามารถละลายได้เพียงพอที่บางคนเรียกว่าละลายน้ำได้เล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 8 สารประกอบที่มีOH^- หรือ ส^2- ไม่ละลายในน้ำ

ไอออนข้างต้นเรียกว่าไฮดรอกไซด์และซัลไฟด์

ข้อยกเว้น:

จำเกี่ยวกับโลหะอัลคาไล (กลุ่ม I-A) และไอออนจากธาตุในกลุ่มเหล่านี้สร้างสารประกอบที่ละลายน้ำได้ง่ายเพียงใด? หลี่⁺, นา⁺, K⁺, Rb⁺และ Cs⁺ จะสร้างสารประกอบที่ละลายน้ำได้กับไฮดรอกไซด์หรือซัลไฟด์ไอออน นอกจากนี้ ไฮดรอกไซด์ยังสร้างเกลือที่ละลายน้ำได้ด้วยไอออนอัลคาไลน์เอิร์ธ (กลุ่ม II-A): แคลเซียม Ca²⁺, สตรอนเทียม Sr²⁺และแบเรียม Ba²⁺. สังเกตว่าสารประกอบที่ผลิตจากไฮดรอกไซด์และอัลคาไลน์เอิร์ธยังคงมีโมเลกุลที่เกาะติดกันมากพอจนบางครั้งเรียกว่า "ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ"

ขั้นตอนที่ 9 สารประกอบที่มีCO₃^2- หรือ ป₄^3- ไม่ละลายในน้ำ

ตรวจสอบไอออนของคาร์บอเนตและฟอสเฟตอีกครั้งหนึ่ง คุณน่าจะรู้อยู่แล้วว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับสารประกอบของไอออน

ข้อยกเว้น:

ไอออนเหล่านี้ก่อให้เกิดสารประกอบที่ละลายน้ำได้กับโลหะอัลคาไล คือ Li⁺, นา⁺, K⁺, Rb⁺และ Cs⁺เช่นเดียวกับแอมโมเนียม NH₄⁺.

วิธีที่ 2 จาก 2: การคำนวณความสามารถในการละลายผ่าน K_sp

ขั้นตอนที่ 1 ค้นหาค่าคงที่การละลายของผลิตภัณฑ์ K_sp.

สารประกอบแต่ละชนิดมีค่าคงที่ต่างกัน คุณจะต้องค้นหาในตารางในตำราเรียนหรือทางออนไลน์ เนื่องจากค่าต่างๆ ถูกกำหนดโดยการทดลอง ตารางที่แตกต่างกันจึงสามารถแสดงค่าคงที่ที่แตกต่างกันได้ ขอแนะนำอย่างยิ่งให้คุณใช้ตารางในตำราเรียนถ้าคุณมี เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ตารางส่วนใหญ่จะถือว่าอุณหภูมิอยู่ที่ 25ºC

ตัวอย่างเช่น ถ้าสิ่งที่ละลายได้คือตะกั่วไอโอไดด์PbI₂ให้เขียนค่าคงที่การละลายของผลิตภัณฑ์ เมื่อพูดถึงตารางที่ bilbo.chm.uri.edu ให้ใช้ค่าคงที่ 7, 1×10^–9.

ขั้นตอนที่ 2 เขียนสมการเคมีลงไป

ขั้นแรก ให้กำหนดกระบวนการที่สารประกอบแยกตัวออกเป็นไอออนเมื่อละลาย จากนั้นเขียนสมการเคมีด้วย K_sp ด้านหนึ่งและไอออนขององค์ประกอบอีกด้านหนึ่ง

ตัวอย่างเช่น PbI. โมเลกุล₂ แยกเป็น Pb. ions²⁺, ผม^-, และฉัน. ไอออน^-. (คุณจำเป็นต้องรู้หรือมองหาประจุของไอออนเพียงตัวเดียวเนื่องจากสารประกอบทั้งหมดมีประจุเป็นกลาง)
เขียนสมการ 7, 1×10^–9 = [Pb²⁺][ผม^-]²

ขั้นตอนที่ 3 เปลี่ยนสมการเพื่อใช้ตัวแปร

เขียนสมการใหม่ให้เป็นปัญหาพีชคณิตอย่างง่ายโดยใช้ความรู้เกี่ยวกับจำนวนโมเลกุลและไอออน ในสมการนี้ x คือจำนวนสารประกอบที่ละลายได้ เขียนตัวแปรที่แสดงจำนวนไอออนแต่ละตัวในรูปแบบ x

ในตัวอย่างนี้ สมการถูกเขียนใหม่เป็น 7, 1×10^–9 = [Pb²⁺][ผม^-]²
เพราะมีไอออนตะกั่วอยู่หนึ่งตัว (Pb²⁺) ในสารประกอบ จำนวนโมเลกุลของสารประกอบที่ละลายได้เท่ากับจำนวนของไอออนตะกั่วอิสระ ตอนนี้เราสามารถเขียน [Pb²⁺] กับ x
เนื่องจากมีไอออนไอโอดีนอยู่ 2 ตัว (I^-) สำหรับแต่ละลีดไอออน จำนวนอะตอมของไอโอดีนสามารถเขียนได้เป็น 2x
ตอนนี้สมการคือ 7, 1×10^–9 = (x)(2x)²

ขั้นตอนที่ 4 พิจารณาไอออนอื่น ๆ ตามปกติถ้าเป็นไปได้

ข้ามขั้นตอนนี้หากสารประกอบละลายในน้ำบริสุทธิ์ เมื่อสารประกอบถูกละลายในสารละลายที่มีอิออนเป็นส่วนประกอบอยู่แล้ว ("ไอออนทั่วไป") ความสามารถในการละลายจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ผลกระทบของไอออนิกโดยทั่วไปจะเห็นได้ดีที่สุดในสารประกอบที่ส่วนใหญ่ไม่ละลายในน้ำ ในกรณีนี้สามารถสันนิษฐานได้ว่าไอออนส่วนใหญ่ที่สมดุลมาจากไอออนที่มีอยู่แล้วในสารละลาย เขียนสมการของปฏิกิริยาใหม่เพื่อรวมความเข้มข้นของโมลาร์ที่ทราบ (โมลต่อลิตรหรือโมลาร์) ของไอออนที่มีอยู่แล้วในสารละลาย ซึ่งจะแทนที่ค่าของ x ที่ใช้สำหรับไอออน

ตัวอย่างเช่น ถ้าสารประกอบตะกั่วไอโอไดด์ละลายในสารละลายที่มีตะกั่วคลอไรด์ 0.2 โมลาร์ (PbCl₂) จากนั้นสมการจะเป็น 7, 1×10^–9 = (0, 2M+x)(2x)². จากนั้น เนื่องจาก 0.2 M เป็นความเข้มข้นที่เข้มข้นกว่า x สมการจึงสามารถเขียนใหม่เป็น 7.1×10^–9 = (0, 2M) (2x)².

ขั้นตอนที่ 5. แก้สมการ

แก้ x เพื่อหาว่าสารประกอบนั้นละลายในน้ำได้อย่างไร เนื่องจากค่าคงที่การละลายได้ถูกกำหนดไว้แล้ว คำตอบคือในแง่ของจำนวนโมลของสารประกอบที่ละลายต่อน้ำหนึ่งลิตร คุณอาจต้องใช้เครื่องคิดเลขเพื่อคำนวณคำตอบสุดท้าย