Что делает калькулятор эффекта общего иона
Эффект общего иона — это снижение растворимости малорастворимого ионного соединения, когда раствор уже содержит один из его собственных ионов. Этот калькулятор принимает произведение растворимости соли (Ksp), стехиометрию её ионов и молярную концентрацию уже растворённого общего иона и возвращает подавленную молярную растворимость s′ — сколько соли ещё может раствориться. Он также сообщает растворимость в чистой воде для сравнения, чтобы вы точно видели, насколько сильно общий ион смещает равновесие обратно к нерастворённому твёрдому веществу.
Как пользоваться
Введите Ksp соли (допускается научная запись, например 1.8e-10). Для соли MxAy задайте коэффициент катиона x и коэффициент аниона y — для AgCl оба равны 1; для CaF2 возьмите x = 1, y = 2. Введите молярную концентрацию уже присутствующего иона, затем выберите, является ли этот общий ион катионом или анионом. Результат показывает подавленную растворимость и во сколько раз она меньше, чем в чистой воде.
Разбор формулы
Соль растворяется в соответствии со своим равновесием, а произведение растворимости задаёт произведение концентраций ионов:
$$K_{sp} = [M^{n+}]^x\,[A^{m-}]^y$$
В чистой воде, когда на каждую формульную единицу высвобождается x катионов и y анионов, молярная растворимость равна
$$s = \left( \frac{ K_{sp} }{ x^x\,y^y } \right)^{1/(x+y)}$$
Когда общий ион уже присутствует в концентрации C, концентрация этого иона определяется главным образом величиной C, а не растворяющейся солью (принцип Ле Шателье). Полагая, что добавленный ион преобладает — то есть C намного больше дополнительного количества, вносимого при растворении, — подавленная растворимость для общего аниона равна
$$s' = \left( \frac{ K_{sp} }{ x^x\,C^y } \right)^{1/x}$$
а для общего катиона она равна
$$s' = \left( \frac{ K_{sp} }{ C^x\,y^y } \right)^{1/y}$$
Разобранный пример
Хлорид серебра (AgCl, x = 1, y = 1) имеет Ksp = 1.8 × 10−10. В чистой воде его растворимость составляет s = √(1.8 × 10−10) ≈ 1.34 × 10−5 mol/L. Теперь растворим его в 0.10 M хлориде натрия, так что общий анион Cl− уже присутствует в концентрации 0.10 M:
$$s' = \frac{ 1.8\times10^{-10} }{ 0.10 } = 1.8\times10^{-9}\ \text{M}$$
Фоновая концентрация хлорид-ионов снижает растворимость хлорида серебра примерно в 7450 раз — с около 1.3 × 10−5 M до 1.8 × 10−9 M.
Часто задаваемые вопросы
Почему добавление общего иона снижает растворимость? По принципу Ле Шателье повышение концентрации ионного продукта смещает равновесие растворения обратно к нерастворённому твёрдому веществу, поэтому растворяется меньше соли. Произведение концентраций ионов по-прежнему должно быть равно Ksp, поэтому, если один ион вынужденно повышается, другой должен понизиться.
Предполагается ли, что общий ион гораздо более концентрирован, чем растворяющаяся соль? Да. Используется стандартное приближение, что концентрация добавленного общего иона C задаёт полную концентрацию этого иона; это точно всегда, когда C намного больше подавленной растворимости соли — обычный случай. Когда C сопоставима с растворимостью в чистой воде, рассматривайте ответ как близкую оценку.
Какое значение вводить для концентрации общего иона? Используйте молярность общего иона, поставляемого другим, полностью растворимым источником. Для AgCl в 0.10 M NaCl общий ион — Cl− при 0.10 M; для PbCl2 в 0.20 M Pb(NO3)2 общий ион — Pb2+ при 0.20 M.
