V kemiji se topnost uporablja za opis lastnosti trdnih spojin, ki se mešajo in popolnoma raztopijo s tekočino, ne da bi pri tem ostali netopni delci. Samo ionizirane (nabito) spojine se lahko raztopijo. Za udobje si lahko zapomnite nekaj pravil ali si ogledate seznam, če želite, da večina trdnih spojin ostane trdnih, ko jih damo v vodo ali se raztopijo v velikih količinah. Pravzaprav se bodo nekatere molekule raztopile, tudi če ne vidite spremembe. Da bi poskus natančno potekal, morate vedeti, kako izračunati količino raztopljenega.
Korak
Metoda 1 od 2: Uporaba hitrih pravil
Korak 1. Preučite ionske spojine
Običajno ima vsak atom določeno število elektronov. Vendar včasih atomi pridobijo ali izgubijo elektrone. Rezultat je a ion ki je električno napolnjena. Ko negativno nabit ion (ki ima en dodatni elektron) naleti na pozitivno nabit ion (izgubi elektron), se oba iona povežeta skupaj kot pozitivni in negativni pol magneta, pri čemer nastane ionska spojina.
- Negativno nabiti ioni se imenujejo anion, medtem ko se imenuje pozitivno nabit ion kation.
- V normalnih okoliščinah je število elektronov enako številu protonov v atomu in s tem zanika njegov električni naboj.
Korak 2. Razumeti temo topnosti
Molekule vode (H2O) ima nenavadno strukturo, ki je podobna magnetu. En konec ima pozitiven naboj, drugi konec pa negativno nabit. Ko damo ionsko spojino v vodo, jo bo vodni "magnet" obkrožil in poskušal privabiti in ločiti pozitivne in negativne ione. Veze v nekaterih ionskih spojinah niso zelo močne. Takšna spojina vodotopen ker bo voda ločila ione in jih raztopila. Nekatere druge spojine imajo močnejše vezi, tako da ni topen v vodi kljub temu, da so obdane z molekulami vode.
Različne druge spojine imajo notranje vezi, ki so enako močne, kot sila, ki jo voda privlači. Takšne spojine imenujemo rahlo topen v vodi ker velik del spojine privlači voda, preostanek pa je še vedno zlit.
Korak 3. Naučite se pravil o topnosti
Medatomske interakcije so precej zapletene. Spojin, ki so topne ali netopne v vodi, ni mogoče preprosto intuitivno videti. Na spodnjem seznamu poiščite prvi ion v spojini, da ugotovite njegovo obnašanje. Nato preverite morebitne izjeme, da se prepričate, da drugi ion nima nenavadnih interakcij.
- Na primer, da preverite Stroncijev klorid (SrCl2), poiščite Sr ali Cl v spodnjih korakih s krepkim tiskom. Cl je "običajno topen v vodi", zato naslednjega preverite za izjeme. Sr ni vključen v izjemo, zato SrCl2 vsekakor topen v vodi.
- Najpogostejše izjeme pri vsakem pravilu so navedene spodaj. Obstaja nekaj drugih izjem, vendar jih verjetno ne bodo našli v laboratoriju ali na kemijskem tečaju na splošno.
Korak 4. Spojine lahko raztopimo, če vsebujejo alkalne kovine, vključno z Li+, Na+, K+, Rb+, in Cs+.
Ti elementi so znani tudi kot elementi skupine IA: litij, natrij, kalij, rubidij in cezij. Skoraj vse spojine, ki vsebujejo enega od teh ionov, so topne v vodi.
-
Izjema:
Li3PO4 netopen v vodi
Korak 5. NE Spojine3-, C2H3O2-, NE2-, ClO3-in ClO4- topen v vodi.
Imena so nitratni, acetatni, nitritni, kloratni in perkloratni ioni. Upoštevajte, da se acetat pogosto skrajša na OAC.
-
Izjema:
Ag (OAc) (srebrni acetat) in Hg (OAc)2 (živosrebrovega acetata) je netopen v vodi.
- AgNO2- in KClO4- le "rahlo topen v vodi".
Korak 6. Cl. Spojine-, Br-, in jaz- običajno rahlo topen v vodi.
Kloridni, bromidni in jodidni ioni vedno tvorijo v vodi topne spojine, imenovane halogenidne soli.
-
Izjema:
Če eden od teh ionov veže srebrov ion Ag+, živo srebro Hg22+ali vodijo Pb2+je nastala spojina netopna v vodi. Enako velja za manj pogoste spojine, in sicer par Cu+ in talij Tl+.
Korak 7. Spojine, ki vsebujejo SO42- na splošno topen v vodi.
Sulfatni ion običajno tvori vodotopne spojine, vendar obstajajo nekatere izjeme.
-
Izjema:
Sulfatni ion tvori v vodi netopne spojine z: stroncijem Sr2+, barij Ba2+, svinec Pb2+, srebrna Ag+, kalcij Ca2+, radij Ra2+, in dvoetažno srebro Ag22+. Upoštevajte, da sta srebrov sulfat in kalcijev sulfat dovolj topna, da jih nekateri imenujejo rahlo topni v vodi.
Korak 8. Spojine, ki vsebujejo OH- ali S.2- netopen v vodi
Zgornji ioni se imenujejo hidroksid in sulfid.
-
Izjema:
Se spomnite alkalnih kovin (skupine I-A) in kako zlahka ioni iz elementov v teh skupinah tvorijo vodotopne spojine? Li+, Na+, K+, Rb+, in Cs+ bo tvoril vodotopne spojine s hidroksidnimi ali sulfidnimi ioni. Poleg tega hidroksidi tvorijo tudi vodotopne soli z zemeljskoalkalijskimi ioni (skupina II-A): kalcijev Ca2+, stroncij Sr2+, in barij Ba2+. Upoštevajte, da imajo spojine, proizvedene iz hidroksidov in alkalij, še vedno povezane dovolj molekul, da jih včasih imenujemo "rahlo topne v vodi".
Korak 9. Spojine, ki vsebujejo CO32- ali PO43- netopen v vodi
Še en pregled za karbonatne in fosfatne ione. Morali bi že vedeti, kaj se bo zgodilo s spojino ionov.
-
Izjema:
Ti ioni tvorijo vodotopne spojine z alkalnimi kovinami, in sicer Li+, Na+, K+, Rb+, in Cs+, kot je amonijev NH4+.
Metoda 2 od 2: Izračun topnosti skozi Ksp
Korak 1. Poiščite konstanto topnosti produkta Ksp.
Vsaka spojina ima drugačno konstanto, poiskati jo boste morali v tabeli v učbeniku ali na spletu. Ker so vrednosti določene eksperimentalno, lahko različne tabele prikazujejo različne konstante. Zelo priporočljivo je, da uporabite tabele v učbeniku, če jih imate. Če ni določeno drugače, večina tabel predvideva, da je temperatura 25 ° C.
Na primer, če je raztopljen svinčev jodid PbI2, zapišite konstanto topnosti proizvoda. Pri sklicevanju na tabelo na bilbo.chm.uri.edu uporabite konstanto 7, 1 × 10–9.
Korak 2. Zapišite kemijsko enačbo
Najprej določimo postopek, po katerem se spojina pri raztapljanju loči na ione. Nato kemijsko enačbo napišite s Ksp na eni strani in sestavni ioni na drugi.
- Na primer molekula PbI2 razdeljen na ione Pb2+, JAZ-, in I. ioni-. (Napolniti morate le en ion, ker ima spojina kot celota nevtralen naboj.)
- Napišite enačbo 7, 1 × 10–9 = [Pb2+][JAZ-]2
Korak 3. Spremenite enačbo tako, da uporabite spremenljivko
Enačbo prepišite kot preprost algebarski problem z uporabo znanja o številu molekul in ionov. V tej enačbi je x število topnih spojin. Prepišite spremenljivke, ki predstavljajo število vsakega iona v obliki x.
- V tem primeru je enačba prepisana kot 7, 1 × 10–9 = [Pb2+][JAZ-]2
- Ker obstaja en svinčev ion (Pb2+) v spojini je število molekul raztopljene spojine enako številu prostih svinčevih ionov. Zdaj lahko zapišemo [Pb2+] proti x.
- Ker obstajata dva jodna iona (I-) za vsak svinčev ion lahko število atomov joda zapišemo 2x.
- Zdaj je enačba 7, 1 × 10–9 = (x) (2x)2
Korak 4. Upoštevajte druge ione, ki so običajno prisotni, če je mogoče
Ta korak preskočite, če se spojina raztopi v čisti vodi. Ko se spojina raztopi v raztopini, ki že vsebuje enega ali več sestavnih ionov ("običajnih ionov"), se bo njena topnost znatno povečala. Splošni ionski učinek je najbolje viden v spojinah, ki so v veliki meri netopne v vodi. V tem primeru lahko domnevamo, da večina ravnotežnih ionov prihaja iz ionov, ki so že prisotni v raztopini. Enačbo za reakcijo prepišite tako, da vključi znano molsko koncentracijo (molov na liter ali M) iona, ki je že prisoten v raztopini, s čimer nadomestite vrednost x, uporabljeno za ion.
Na primer, če se spojina svinčevega jodida raztopi v raztopini, ki vsebuje 0,2 M svinčevega klorida (PbCl2) potem bo enačba 7, 1 × 10–9 = (0, 2M+x) (2x)2. Potem, ker je 0,2 M bolj koncentrirana koncentracija kot x, lahko enačbo prepišemo kot 7,1 × 10–9 = (0, 2M) (2x)2.
Korak 5. Rešite enačbo
Rešite x, da ugotovite, kako topna je spojina v vodi. Ker je konstanta topnosti že ugotovljena, je odgovor glede na število molov raztopljene spojine na liter vode. Za izračun končnega odgovora boste morda potrebovali kalkulator.
- Naslednji odgovor je za topnost v čisti vodi brez običajnih ionov.
- 7, 1×10–9 = (x) (2x)2
- 7, 1×10–9 = (x) (4x2)
- 7, 1×10–9 = 4x3
- (7, 1×10–9) 4 = x3
- x = ((7, 1 × 10–9) ÷ 4)
- x = 1, 2 x 10-3 molov na liter se raztopi. Ta količina je tako majhna, da je v bistvu netopna v vodi.
