Tabela rozpuszczalności soli i wodorotlenków: Kluczowe informacje dla uczniów chemii

Tabela rozpuszczalności soli i wodorotlenków to jedno z najważniejszych narzędzi w nauce chemii, które pomaga uczniom przewidywać zachowanie substancji w roztworach wodnych. W tym artykule omówimy szczegółowo, jak korzystać z tabeli rozpuszczalności, jakie informacje możemy z niej odczytać oraz jak zastosować tę wiedzę w praktyce.

Czym jest tabela rozpuszczalności?

Tabela rozpuszczalności to uporządkowane zestawienie informacji o rozpuszczalności różnych związków chemicznych (głównie soli i wodorotlenków) w wodzie. Pozwala ona szybko określić, czy dana substancja dobrze rozpuszcza się w wodzie, rozpuszcza się słabo, czy też praktycznie nie rozpuszcza się wcale.

Rozpuszczalność definiujemy jako zdolność substancji do tworzenia jednorodnego roztworu z rozpuszczalnikiem (najczęściej wodą). W przypadku soli i wodorotlenków, rozpuszczalność wiąże się z dysocjacją elektrolityczną, czyli rozpadem na jony w środowisku wodnym.

Jak czytać tabelę rozpuszczalności?

Standardowa tabela rozpuszczalności ma formę tabeli krzyżowej, gdzie:

• W wierszach znajdują się kationy (jony dodatnie, np. Na⁺, Ca²⁺, Fe³⁺)
• W kolumnach znajdują się aniony (jony ujemne, np. Cl^–, SO₄^2-, PO₄^3-)

Na przecięciu wiersza i kolumny znajduje się informacja o rozpuszczalności odpowiedniej soli lub wodorotlenku. Najczęściej stosuje się następujące oznaczenia:

• R – rozpuszczalny (dobrze rozpuszczalny w wodzie)
• M – mało rozpuszczalny (słabo rozpuszczalny)
• N – nierozpuszczalny (praktycznie nierozpuszczalny)

Czasami stosuje się również dodatkowe oznaczenia, np. „r” dla substancji rozkładających się w wodzie.

Tabela rozpuszczalności soli i wodorotlenków

Legenda: R – rozpuszczalny, M – mało rozpuszczalny, N – nierozpuszczalny, r – rozkłada się w wodzie

Jak określić rozpuszczalność związku?

Aby określić rozpuszczalność konkretnego związku, należy:

1. Zidentyfikować kation i anion tworzący związek
2. Znaleźć odpowiedni wiersz (kation) i kolumnę (anion) w tabeli
3. Odczytać oznaczenie na przecięciu wiersza i kolumny

Przykład 1: Sprawdźmy rozpuszczalność chlorku sodu (NaCl).

• Kation: Na⁺
• Anion: Cl^–
• Na przecięciu wiersza Na⁺ i kolumny Cl^– znajduje się oznaczenie R
• Wniosek: Chlorek sodu jest dobrze rozpuszczalny w wodzie

Przykład 2: Sprawdźmy rozpuszczalność wodorotlenku wapnia (Ca(OH)₂).

• Kation: Ca²⁺
• Anion: OH^–
• Na przecięciu wiersza Ca²⁺ i kolumny OH^– znajduje się oznaczenie N
• Wniosek: Wodorotlenek wapnia jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie (choć w rzeczywistości ma niewielką, ale mierzalną rozpuszczalność)

Ilościowa miara rozpuszczalności

Rozpuszczalność można wyrazić ilościowo jako maksymalną masę substancji, którą można rozpuścić w określonej objętości rozpuszczalnika w danej temperaturze. Najczęściej podaje się ją w gramach substancji na 100 g wody lub w gramach na litr roztworu.

Matematycznie rozpuszczalność można wyrazić wzorem:

\[ s = \frac{m_{substancji}}{V_{rozpuszczalnika}} \]

gdzie:

• \(s\) – rozpuszczalność
• \(m_{substancji}\) – masa rozpuszczonej substancji
• \(V_{rozpuszczalnika}\) – objętość rozpuszczalnika

Jednostką rozpuszczalności może być g/100g wody, g/L, mol/L itp.

Wpływ temperatury na rozpuszczalność

Rozpuszczalność większości substancji zmienia się wraz ze zmianą temperatury. Dla wielu soli rozpuszczalność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, ale istnieją wyjątki od tej reguły.

Zależność rozpuszczalności od temperatury przedstawia się często za pomocą krzywych rozpuszczalności.

Na powyższym wykresie widać, że:

• Rozpuszczalność KNO₃ (azotanu potasu) silnie wzrasta z temperaturą
• Rozpuszczalność NaCl (chlorku sodu) nieznacznie wzrasta z temperaturą
• Rozpuszczalność CaSO₄ (siarczanu wapnia) maleje ze wzrostem temperatury

Iloczyn rozpuszczalności

Dla trudno rozpuszczalnych soli i wodorotlenków ważnym parametrem jest iloczyn rozpuszczalności (K_sp). Jest to stała równowagi dla procesu rozpuszczania się związku trudno rozpuszczalnego.

Dla ogólnej reakcji rozpuszczania związku o wzorze A_xB_y:

\[ \text{A}_x\text{B}_y \rightleftharpoons x\text{A}^{y+} + y\text{B}^{x-} \]

Iloczyn rozpuszczalności wynosi:

\[ K_{sp} = [\text{A}^{y+}]^x \cdot [\text{B}^{x-}]^y \]

gdzie [A^y+] i [B^x-] to stężenia molowe jonów w roztworze nasyconym.

Przykład: Dla wodorotlenku magnezu Mg(OH)₂, który dysocjuje według równania:

\[ \text{Mg}(\text{OH})_2 \rightleftharpoons \text{Mg}^{2+} + 2\text{OH}^- \]

Iloczyn rozpuszczalności wynosi:

\[ K_{sp} = [\text{Mg}^{2+}] \cdot [\text{OH}^-]^2 \]

Wartość K_sp dla Mg(OH)₂ w temperaturze 25°C wynosi około 5,61 × 10^-12.

Praktyczne zastosowanie tabeli rozpuszczalności

1. Przewidywanie przebiegu reakcji strąceniowych

Tabela rozpuszczalności pozwala przewidzieć, czy po zmieszaniu dwóch roztworów elektrolitu powstanie osad. Osad powstanie, jeśli kationy z jednego roztworu mogą utworzyć z anionami z drugiego roztworu nierozpuszczalny związek.

Przykład: Co stanie się po zmieszaniu roztworu chlorku baru (BaCl₂) z roztworem siarczanu sodu (Na₂SO₄)?

Analiza:

• Jony obecne w roztworze: Ba²⁺, Cl^–, Na⁺, SO₄^2-
• Możliwe kombinacje: BaCl₂, Na₂SO₄, BaSO₄, NaCl
• Z tabeli rozpuszczalności: BaSO₄ jest nierozpuszczalny (N)

Wniosek: Po zmieszaniu roztworów powstanie biały osad siarczanu baru według reakcji:

\[ \text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4 \downarrow + 2\text{NaCl} \]

2. Rozdzielanie jonów w mieszaninie

Tabela rozpuszczalności jest pomocna przy opracowywaniu metod rozdzielania jonów w mieszaninie. Możemy selektywnie strącać poszczególne jony, dodając odpowiednie odczynniki.

Przykład: Jak rozdzielić mieszaninę jonów Ag⁺ i Cu²⁺?

Z tabeli rozpuszczalności wynika, że AgCl jest nierozpuszczalny, a CuCl₂ jest rozpuszczalny. Dodając do mieszaniny roztwór NaCl, spowodujemy wytrącenie się osadu AgCl, podczas gdy jony Cu²⁺ pozostaną w roztworze.

3. Identyfikacja nieznanych substancji

Tabela rozpuszczalności może być wykorzystana w analizie jakościowej do identyfikacji nieznanych jonów w roztworze.

Przykład: Jeśli dodanie roztworu NaOH do badanego roztworu powoduje powstanie białego osadu, który nie rozpuszcza się w nadmiarze NaOH, może to wskazywać na obecność jonów Mg²⁺, Ca²⁺ lub innych metali tworzących nierozpuszczalne wodorotlenki.

Wodorotlenek berylu (Be(OH)₂) – szczególny przypadek

Wodorotlenek berylu (Be(OH)₂) jest interesującym przypadkiem, ponieważ wykazuje właściwości amfoteryczne. Oznacza to, że może reagować zarówno z kwasami, jak i z zasadami.

W reakcji z kwasami zachowuje się jak zasada:

\[ \text{Be}(\text{OH})_2 + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Be}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O} \]

W reakcji z mocnymi zasadami tworzy rozpuszczalne kompleksy beryllanowe:

\[ \text{Be}(\text{OH})_2 + 2\text{OH}^- \rightarrow [\text{Be}(\text{OH})_4]^{2-} \]

Wodorotlenek berylu jest słabo rozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszcza się zarówno w kwasach, jak i w nadmiarze mocnych zasad, co odróżnia go od wodorotlenków innych metali ziem alkalicznych.

Kalkulator rozpuszczalności