|
 |
|
Pozdrav,
nisam naišla na slična pitanja među prije postavljenima pa molim postupak rješavanja slijedećeg zadatka:
Topljivost: 35g/100g vode
Pripremljena je zasićena otopina NaCl. U 10mL te zasićene otopine dodano je točno 5mL otopine koncentrirane klorovodične kiseline (w(HCl)=36%, gustoća - 1.18g/mL).
Napišite izraz i izračunajte konstantu produkta topljivosti.
Pomoću izraza i vrijednosti konstante produkta topljivosti izračunaj množinsku koncentraciju natrijevih i kloridnih iona u novonastaloj otopini i masu izlučenog taloga.
Unaprijed zahvaljujem na odgovoru :)
|
|
Ime i prezime:
Đurđica Čutura
djurdica.cutura3@gmail.com
|
 |
 |
Dosta zanimljiv zadatak. Nisam ni ja još nikad vidio nešto takvo, iako pratim "scenu" zadnjih dvadesetak godina.
Ako nas zanima konstanta produkta topljivosti neke soli, trebamo samo naći koncentracije svih njezinih iona i pomnožiti ih. Općenito o tomu možeš pogledati npr. ovdje. Kako se radi o binarnoj soli, koncentracije natrijevih i kloridnih iona bit će jednake koncentraciji soli, tako da će konstanta produkta topljivosti biti jednaka kvadratu koncentracije soli u zasićenoj otopini:
KPT(NaCl) = [Na+][Cl‒]
= czas.(NaCl)2
Koncentraciju ćemo izračunati tako da podijelimo množinu otopljene soli s volumenom, ali kako ovdje nemamo zadane potrebne podatke, morat ćemo malo improvizirati:
czas.(NaCl) = n(NaCl)/V(otopina)
= m(NaCl)/(M(NaCl)∙V(otopina))
= m(NaCl)∙ρ(otopina)/(M(NaCl)∙m(otopina))
= w(NaCl)∙ρ(otopina)/M(NaCl)
Od triju podataka koje za ovaj račun trebamo jedan je zadan, doduše indirektno i k tomu s možebit netočnom brojkom (pri 20 °C u 100 g vode otapa se 36,0 g NaCl, ali možda je ovih 35 grama bilo za neku drugu temperaturu), drugi ćemo izračunati, a treći treba naći u literaturi. Nadam se da računanje molarne mase kemijskog spoja ne predstavlja problem, a za gustoću zasićene vodene otopine natrijevog klorida pri 20 °C našao sam da iznosi 1,200 g/mL. Uglavnom, kad sve uračunamo, dobijemo da molarna konstanta produkta topljivosti natrijevog klorida u vodi pri 20 °C iznosi 29,5 mol2/L2. Ako ti ispadne jako drugačije, pripazi na jedinice (gustoću treba prebaciti u g/L), a ako ispadne malo drugačije, onda je to možda zato što sam ubacio topljivost iz tablica, a ne iz zadatka.
Prije nego što nastavim dalje, napomenuo bih da se produkti topljivosti inače tipično računaju samo za jako razrijeđene otopine, budući da se koncentrirane otopine ponašaju dosta neidealno, što će reći da jednostavni računi poput ovih često vode u dosta netočne zaključke.
U drugom dijelu zadatka treba izračunati produkt topljivosti (ne konstantu!) u novoj otopini, a onda procijeniti hoće li kristalizirati sol te koliko nje. U principu, ako je produkt topljivosti veći od konstante produkta topljivosti, sol će kristalizirati (ili taložiti), a ako je manji, otopina je nezasićena pa neće ništa iz nje kristalizirati.
Budući da miješamo dvije različite i vrlo koncentrirane otopine i zanima nas ukupan volumen smjese, imamo dosta nezgodan zadatak, budući da volumeni u takvim situacijama nisu aditivni. Drugim riječima, kad 10 mL zasićene otopine natrijevog klorida pomiješamo s 5 mL koncentrirane klorovodične kiseline, vjerojatno nećemo dobiti 15 mL otopine, nego neki drugi volumen koji općenito može biti i veći i manji, ovisno o tomu kako će se čestice u novoj otopini organizirati. Kako u zadatku nema ni riječi o tomu, preostaje nam opet improvizirati i pretpostaviti da će razlika u volumenu prije i poslije miješanja biti zanemariva. S tom pretpostavkom možemo izračunati koncentracije natrijevih i kloridnih iona u novoj smjesi i onda iz njih izračunati produkt topljivosti tj. pomnožiti te dvije koncentracije.
Da bismo to mogli, prvo trebamo naći koncentraciju kloridnih aniona u klorovodičnoj kiselini. Kako sad imamo zadan maseni udio i gustoću otopine, možemo primijeniti istu formulu koju smo si izveli za natrijev klorid:
c(HCl) = w(HCl)∙ρ(HCl, konc.)/M(HCl)
Uz prisilnu pretpostavku aditivnosti volumenâ, nove koncentracije dobit ćemo ovako:
c*(Na+) = c*(NaCl) = n*(NaCl)/(V(NaCl, zas.) + V(HCl, konc.))
= czas.(NaCl)∙V(NaCl, zas.)/(V(NaCl, zas.) + V(HCl, konc.))
Za kloridne ione trebamo prvo (ispravno) pretpostaviti da je zbog potpune disocijacije klorovodične kiseline njihova koncentracija jednaka koncentraciji kiseline, a onda jednostavno zbrojiti ono što dolazi od soli i ono što dolazi od kiseline te to podijeliti s ukupnim volumenom:
c*(Cl‒) = n*(Cl‒)/(V(NaCl, zas.) + V(HCl, konc.))
= (czas.(NaCl)∙V(NaCl, zas.) + c(HCl, konc.)∙V(HCl, konc.))/(V(NaCl, zas.) + V(HCl, konc.))
I sad konačno možemo pomnožiti te dvije koncentracije da vidimo što će ispasti:
PT = c*(Na+)∙c*(Cl‒)
Po mojem računu, produkt topljivosti iznosi 27,3 mol2/L2, što je nešto manje od izračunate konstante produkta topljivosti. Račun, dakle, veli da iz tako nastale otopine neće kristalizirati ništa. Kad bi produkt topljivosti ispao veći od konstante produkta topljivosti, masa taloga i koncentracije u ravnotežnom sustavu mogle bi se izračunati pomoću izraza:
KPT(NaCl) = (c*(Na+) ‒ x)∙(c*(Cl‒) ‒ x)
U tom izrazu x predstavlja smanjenje koncentracije iona zbog taloženja, a sâm je izraz kvadratna jednadžba čijim se rješavanjem dobiva x, a posredno onda ravnotežne koncentracije i masa taloga.
Nekolicinu srodnih, samo bolje postavljenih zadataka možeš naći ovdje te ako u tražilicu upisuješ izraze poput "topljivosti" ili "kpt".
Što se ovog zadatka tiče, prilično je izvjesno da moje rješenje ne odgovara onomu što su si zamislili autori zadatka. Moguće je da sam napravio neke pogreške u računu, ali bojim se da su ključne pogreške napravljene pri sastavljanju zadatka, poglavito one s pretpostavkama kako će se ponašati jako zasićene otopine, odnosno njihovi volumeni. Ono što bi svakako bilo zgodno je da se zadatak iz teorijskog pretvori u eksperimentalni, u vidu učeničkog projekta u kojemu bi se napravio niz eksperimenata s miješanjem zasićene otopine NaCl s koncentriranom klorovodičnom kiselinom u različitim omjerima te gledalo koliko soli taloži (ili kristalizira), ako išta. Ako bi sol taložila, onda bi se moglo eksperimentalno dobivene podatke moglo usporediti s teorijskima, idealno na više razina teorije, i onda zaključiti koliko je koja teorija primjenjiva. Kako se u srednjoj školi ne ide dalje od idealnih otopina, vjerojatno takav projekt ne bi bio prikladan za učenike, osim možda najnaprednijih i najzainteresiranijih za fizikalnu kemiju.
Pozdrav, |
|
|
Odgovorio:
Ivica Cvrtila
icvrtila@chem.pmf.hr
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
