ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΔΥΤΙΚΗΣ ΑΤΤΙΚΗΣ

Σημειώσεις για το εργαστήριο της Φυσικοχημείας: Άσκηση Νο 7

 Ο σκοπός της άσκησης είναι η κατανόηση και ο πειραματικός προσδιορισμός της διαλυτότητας ενός δυσδιάλυτου στερεού και του γινομένου διαλυτότητας του. 

Το θεωρητικό μέρος αναφέρετε τα ακόλουθα: Η αρχή του γινομένου διαλυτότητας είναι η εφαρμογή της χημικής ισορροπίας σε σύστημα που περιέχει μία δυσδιάλυτη στερεή χημική ένωση και τα ιόντα αυτής σε κορεσμένο διάλυμα της. AgCl(s) → Ag+ + Cl- (1) Στην παραπάνω χημική ισορροπία, τα εντός του διαλύματος ιόντα Ag+ και Cl- βρίσκονται σε μια δυναμική ισορροπία με το στερεό AgCl. Η εξίσωση που περιγράφει την παραπάνω ισορροπία είναι Κ = [Ag+ ][Cl- ] / [ AgCl] (2) και επειδή η συγκέντρωση του στερεού AgCl είναι σταθερή, η εξίσωση (2) γίνεται Κsp = [Ag+ ][Cl- ] (3) η οποία εκφράζει το γινόμενο διαλυτότητας του χλωριούχου αργύρου. (Εδώ αναφέρετε τις εξισώσεις 5 και 6 των σημειώσεων, σελ. 51, οι οποίες εκφράζουν την γενική έκφραση του γινομένου διαλυτότητας. Αναφέρετε ότι υπάρχει μια απλή μαθηματική σχέση μεταξύ του γινομένου διαλυτότητας και της διαλυτότητας. Αναφέρετε επιγραμματικά ότι η διαλυτότητα επηρεάζεται από την ύπαρξη κοινών ιόντων, την θερμοκρασία και τον διαλύτη). 

Αναφέρετε την αρχή της μεθόδου, η οποία είναι: Η διαλυτότητα του υδροξειδίου του μαγνησίου προσδιορίζεται με την ογκομέτρηση των υδοξυλο -ιόντων του κορεσμένου διαλύματος του με πρότυπο διάλυμα υδροχλωρίου, παρουσία φαινολοφθαλεϊνης.

Στό πειραματικό μέρος αναφέρετε τα ακόλουθα: Η σχέση διαλυτότητας και γινομένου διαλυτότητας φαίνεται στο παρακάτω παράδειγμα: 2 Έχουμε την ισορροπία: Mg (OH)2 → Mg2+ + 2OH- (4) Από τη εξίσωση έχουμε 1 μόριο → 1 ιόν + 2 ιόντα 1 mol → 1 mol + 2 mol s mol → s mol + 2s mol, δηλαδή αν για ένα κορεσμένο διάλυμα Mg (OH)2 έχουν διαλυθεί s mol Mg (OH)2 τότε στο διάλυμα υπάρχουν s mol ιόντων Mg2+ και 2s mol ιόντων OH- . Αριθμητικά δηλαδή, η διαλυτότητα ισούται με την συγκέντρωση των ιόντων μαγνησίου, τα οποία είναι το 1/2 της συγκέντρωσης των υδροξυλο-ιόντων. Αν εφαρμόσουμε το γινόμενο διαλυτότητας για την παραπάνω αντίδραση, τότε έχουμε Ksp = [Mg2+ ][OH- ] 2 (5) Ksp = S * S 2 = S 3 (5α) άρα S = (Ksp) 1/3 (6) 

Στα αποτελέσματα αναφέρετε την κατανάλωση του διαλύματος του υδροχλωρίου 0.01Ν για την εξουδετέρωση 100ml του κορεσμένου υπερκείμενου διαλύματος του υδροξειδίου του μαγνησίου. Για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης των ιόντων υδροξυλίου χρησιμοποιούμε την σχέση Ν1 * V1 = N2 * V2 (7) όπου Ν1 και V1 είναι η κανονικότητα και ο όγκος του διαλ. HCl και N2, V2 η κανονικότητα και ο όγκος του διαλύματος των ιόντων του υδροξυλίου. Έστω ότι καταναλώθηκαν 20ml διαλ. HCl. Τότε έχουμε, N1 = 0,01greq/L, V1 = 20ml, N2=?, V2=100ml και η (7) γίνεται 0,01 * 20 = Ν2 * 100, άρα Ν2 = 2*10-3 greq/L, άρα η συγκέντρωση των ιόντων του υδροξυλίου είναι C OH- = 2*10-3 greq/L = 2*10-3 mol/L (αφού για τα υδροξύλια με φορτίο ένα, τα mol είναι αριθμητικά ίσα με τα greq) Από την (4) -και όπως ειπώθηκε παραπάνω- βλέπουμε ότι η συγκέντρωση των ιόντων του υδροξυλίου είναι η μισή της διαλυτότητας, άρα η διαλυτότητα είναι 3 S = 1 * 10-3 mol/L Από την (5α) έχουμε Ksp =S 3 = (1 * 10-3) 3 άρα Ksp= 1 * 10-9 Η θεωρητική τιμή είναι Ksp = 1 * 10-11 και η απόκλιση οφείλεται σε πειραματικά σφάλματα, με το πιθανότερο το πέρασμα μικρής ποσότητας στερεού υδροξειδίου του μαγνησίου στο διάλυμα κατά την διήθηση. Για τον υπολογισμό της ποσότητας του υδροξειδίου του μαγνησίου στο διάλυμα χρειαζόμαστε το μοριακό του βάρος, το οποίο είναι 24,3+ 2(16+1)= 54,3=ΜΒ Από την διαλυτότητα έχουμε ότι τα mol του υδροξειδίου του μαγνησίου στο διάλυμα είναι 1 * 10-3 mol/L άρα τα γραμμάρια του υδροξειδίου του μαγνησίου είναι 1 * 10-3 mol/L* 54,3 g/mol = 0,054 g/L άρα διαλυτότητα Mg (OH)2 = 0,054 g/L Τέλος, η διαλυτοποίηση του Mg (OH)2 επιτυγχάνεται με τη απομάκρυνση των με ιόντων υδροξυλίου με ένα οξύ – όπως στο πείραμα-, ή με την απομάκρυνση των ιόντων του μαγνησίου με ένα συμπλοκομετρικό αντιδραστήριο, πχ EDTA ( από την σκληρότητα του νερού). 

Στα συμπεράσματα αναφέρετε ότι η προσδιορισμός της διαλυτότητας και του γινομένου διαλυτότητας μπορεί να πραγματοποιηθεί με την μέτρηση κάποιας ιδιότητας του παραγομένου κορεσμένου διαλύματος (πχ αγωγιμότητα, βάρος στερεού υπολείμματος, βλέπε 1.2.2, σελ. 52) ή με τον προσδιορισμό ενός από τα παραγόμενα ιόντα, στην περίπτωση μας με τα υδροξύλια. Οι αποκλίσεις από τις θεωρητικές τιμές οφείλονται σε πειραματικά σφάλματα