16.10 : Çözünürlük Dengesi

Çözünürlük dengesi, bir çözünen türün çözünmesi ve çökelmesi eşit oranlarda gerçekleştiğinde oluşturulur. Bu denge, diş çürümesinden su arıtmaya kadar birçok doğal ve teknolojik sürecin temelini oluşturur. Bu nedenle, bileşik çözünürlüğünü etkileyen faktörlerin anlaşılması, bu işlemlerin etkili yönetimi için gereklidir. Bu bölüm, daha önce tanıtılan denge kavramlarını ve araçlarını, çözünme ve çökelmeyi içeren sistemlere uygular.

Çözünürlük Ürünü

Bir maddenin çözünürlüğünün esasen sıfırdan (çözünmez veya az çözünür) sonsuza (karışabilir) kadar değişebileceğini hatırlayın. Sonlu çözünürlüğe sahip bir çözünen, çözünürlüğünü aşan bir miktarda bir çözücüye eklendiğinde doymuş bir çözelti verebilir, bu da doymuş çözelti ile fazla, çözülmemiş çözünen maddenin heterojen bir karışımı ile sonuçlanır. Örneğin, doymuş bir gümüş klorür çözeltisi, aşağıda gösterilen dengenin sağlandığı bir çözeltidir.

Bu çözeltide, katı AgCl'nin fazlalığı, Ag⁺ ve Cl^– sulu iyonların birleştiği ve katı AgCl oluşturmak üzere çökeldiği aynı oranda sulu bu iyonları üretmek için çözülür ve ayrışır. Gümüş klorür az çözünür bir tuz olduğundan, solüsyondaki çözünmüş iyonlarının denge konsantrasyonu nispeten düşüktür.

Bunun gibi çözünürlük dengesi için denge sabiti, bu durumda çözünürlük çarpımı sabiti, K_sp olarak adlandırılır

Yalnızca gazların ve çözünen maddelerin denge sabiti ifadelerinde temsil edildiğini, dolayısıyla K_sp'nin çözünmemiş AgCl için bir terim içermediğini hatırlayın.

K_sp ve Çözünürlük

Hafifçe çözünür bir iyonik bileşiğin K_sp'si, çözünme işleminin yalnızca ayrışma ve solvasyonu içermesi koşuluyla, ölçülen çözünürlüğü ile basitçe ilişkili olabilir, örneğin:

Bu gibi durumlar için, K_sp değerleri, sağlanan çözünürlüklerden türetilebilir veya bunun tersi de geçerlidir. Bu tür hesaplamalar en uygun şekilde, doymuş bir çözeltinin litresi başına çözünmüş maddenin molü olarak ölçülen bir bileşiğin molar çözünürlüğü kullanılarak gerçekleştirilir.

Çökelmeyi Tahmin Etme

Katı kalsiyum karbonat ile çözünmüş iyonları arasındaki dengeyi tanımlayan denklem şudur:

Bu dengenin yalnızca suyun kalsiyum karbonatla doyurulmasıyla oluşan bir çözelti içinde değil, Ca²⁺ ve CO₃^2– iyonları içeren herhangi bir sulu çözeltide kurulduğunun farkına varmak önemlidir. Örneğin, çözünür bileşikler olan sodyum karbonat ve kalsiyum nitratın sulu çözeltilerini karıştırmayı düşünün. Karışımdaki kalsiyum ve karbonat iyonlarının konsantrasyonları, çözünürlük ürünü, K_sp'yi aşan bir reaksiyon katsayısı (Q) vermezse, çökelme meydana gelmez. İyon konsantrasyonları çözünürlük ürününden daha büyük bir reaksiyon oranı verirse, denge sağlanana kadar bu konsantrasyonları düşürerek çökelme meydana gelir (Q = K_{sp). Çökelmeyi tahmin etmek için Q'nun Ksp ile karşılaştırılması, ilk olarak denge derslerinde tanıtılan bir reaksiyonun yönünü tahmin etmeye yönelik genel yaklaşımın bir örneğidir. Belirli çözünürlük dengesi durumu için:}

Q < K_sp: reaksiyon ileri yönde ilerler (çözelti doymuş değildir; çökelme gözlenmez)

Q > K_sp: reaksiyon ters yönde ilerler (çözelti aşırı doymuştur; çökelme meydana gelir)

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 15.1: Precipitation and Dissolution.