Oplosbaarheid bepalen

In de chemie wordt oplosbaarheid gebruikt om de eigenschappen te beschrijven van een vaste stof die wordt gemengd met en volledig oplost in een vloeistof, zonder dat er onopgeloste deeltjes achter blijven. Alleen (geladen) ionenverbindingen zijn oplosbaar. Voor praktische doeleinden is het onthouden van een paar regels, of het raadplegen van een lijst met regels, genoeg om je te vertellen of de meeste ionenverbindingen vast blijven wanneer ze met water worden gemengd, of dat een significante hoeveelheid ervan zal oplossen. In werkelijkheid zal een aantal moleculen wel degelijk oplossen, zelfs als je geen veranderingen ziet, dus zal je voor precieze experimenten moeten weten hoe je deze hoeveelheid kunt berekenen.

Methode 1

Methode 1 van 2:

Snelle regels gebruiken

Pdf downloaden

1
Meer weten over ionenverbindingen. Elk atoom heeft normaal gesproken een aantal elektronen, maar soms krijgen ze er een extra elektron bij of verliezen ze er een. Het resultaat is een ion met een elektrische lading. Wanneer een ion met een negatieve lading (een extra elektron) een ion ontmoet met een positieve lading (er ontbreekt een elektron), vormen ze samen een verbinding, net als de negatieve en positieve uiteinden van twee magneten. Het resultaat is een ionbinding.
- Ionen met een negatieve lading heten anionen, en ionen met een positieve lading kationen.
- Normaliter is het aantal elektronen in een atoom gelijk aan het aantal protonen, waarbij de elektrische ladingen in evenwicht zijn.
2
Weet wat oplosbaarheid inhoudt. Watermoleculen (H₂O) hebben een ongewone structuur, waarmee ze zich net zo gedragen als een magneet: het ene uiteinde heeft een positieve lading terwijl het andere uiteinde negatief geladen is. Wanneer je een ionbinding met water mengt, zullen deze 'watermagneten' zich eromheen verzamelen, en proberen om de positieve en negatieve ionen uit elkaar te trekken. Sommige ionbindingen zitten niet erg stevig in elkaar; deze zijn oplosbaar, omdat water de binding stuk zal trekken en oplossen. Andere samengestelde stoffen hebben sterkere bindingen, en zijn niet oplosbaar, omdat ze bij elkaar kunnen blijven ondanks de watermolecuken.^[1]XBron
- Sommige verbindingen hebben interne bindingen die vergelijkbaar zijn in sterkte met de aantrekkingskracht van het water. Deze stoffen zijn matig oplosbaar, omdat een aanzienlijk deel van de bindingen (maar niet allemaal) uit elkaar zal worden getrokken.
3
Bestudeer de regels van de oplosbaarheid. Omdat de interacties tussen atomen vrij complex zijn, is het niet altijd intuïtief welke verbindingen oplosbaar en onoplosbaar zijn. Zoek het eerste ion in de verbinding in de onderstaande lijst, om erachter te komen hoe het zich meestal gedraagt, en check vervolgens de uitzonderingen, om er zeker van te zijn dat het tweede ion geen ongewone wisselwerking aangaat.
- Om bijvoorbeeld strontiumchloride (SrCl₂) te controleren, zoek je op Sr of Cl in de dikgedrukte stappen die hieronder zijn aangegeven. Cl is 'meestal oplosbaar' dus controleer dit hieronder op uitzonderingen. Sr wordt niet aangegeven als uitzondering, dus moet SrCl₂ oplosbaar zijn.
- De meest voorkomende uitzonderingen op elke regel staan eronder. Er zijn andere uitzonderingen, maar deze zal je waarschijnlijk niet tegenkomen in een gangbare scheikunde-les of laboratorium.
4
Verbindingen zijn oplosbaar als ze alkalimetalen bevatten, waaronder Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ en Cs⁺. Dit heten ook de elementen van Groep IA: lithium, natrium, kalium, rubidium en cesium. Bijna elke verbinding met een van deze ionen is oplosbaar.
- Uitzondering: Li₃PO₄ is niet oplosbaar.
5
Verbindingen met NO₃^-, C₂H₃O₂^-, NO₂^-, ClO₃^- en ClO₄^- zijn oplosbaar. Dit zijn respectievelijk nitraat, acetaat, nitriet, chloraat en perchloraat-ionen. Merk op dat acetaat vaak afgekort wordt met OAc.^[2]XBron
- Uitzonderingen: Ag(OAc) (zilveracetaat) en Hg(OAc)₂ (kwikacetaat) zijn niet oplosbaar.
- AgNO₂^- en KClO₄^- zijn slechts 'gedeeltelijk oplosbaar'.
6
verbindingen met Cl^-, Br^- en I^- zijn meestal oplosbaar. Chloride, bromide en iodide-ionen vormen bijna altijd oplosbare verbindingen, ook wel de halogeenzouten.
- Uitzondering: Als een van deze een verbinding aangaat met ionen van zilver (Ag⁺), kwik (Hg₂²⁺), of lood (Pb²⁺), dan is het resultaat niet oplosbaar. Hetzelfde geldt voor de minder gangbare verbindingen met koper (Cu⁺) en thallium (Tl⁺).
7
Verbindingen met SO₄^2- zijn meestal oplosbaar. Het sulfaation vormt meestal oplosbare verbindingen, maar er zijn meerdere uitzonderingen.
- Uitzonderingen: Het sulfaation vormt niet oplosbare verbindingen met de volgende ionen: strontium Sr²⁺, barium Ba²⁺, lood Pb²⁺, zilver Ag⁺, calcium Ca²⁺, radium Ra²⁺ en diatomisch zilver Ag₂²⁺. Merk op dat zilversulfaat en calciumsulfaat net genoeg oplossen om soms toch matig oplosbaar te worden genoemd.
8
Verbindingen met OH^- of S^2- zijn niet oplosbaar. Dit zijn respectievelijk de hydroxide en sulfide-ionen.
- Uitzonderingen: Ken je de alkalimetalen (Groep I-A) nog en hoe graag die wel niet oplosbare verbindingen vormen? Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ en Cs⁺ vormen allemaal oplosbare verbindingen met hydroxide- of sulfide-ionen. Daarnaast vormt hydroxide oplosbare zouten met aardalkalimetalen (Groep II-A) ions: calcium Ca²⁺, strontium Sr²⁺ en barium Ba²⁺. Merk op dat de verbindingen van hydroxide met aardalkali net genoeg moleculen heeft om bij elkaar te blijven om soms als 'slecht oplosbaar' te worden beschouwd.
9
Verbindingen met CO₃^2- of PO₄^3- zijn niet oplosbaar. Controleer nog een laatste keer voor carbonaat- en fosfaationen, en je zou moeten weten wat je kunt verwachten van de verbinding.
- Uitzonderingen: Deze ionen vormen oplosbare verbindingen met de gebruikelijke stoffen, de alkalimetalen Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺ en Cs⁺, evenals met ammonium NH₄⁺.
Advertentie

Methode 2

Methode 2 van 2:

Berekening van de oplosbaarheid van de K_sp

Pdf downloaden

1
Zoek het oplosbaarheidsproduct op van de constante K_sp. Deze constante is verschillend voor elke verbinding, dus zal je dit moeten opzoeken in een tabel in je leerboek of online. Aangezien deze waarden experimenteel worden bepaald, kunnen zij per tabel sterk verschillen, dus kun je het best uitgaan van de tabel in je leerboek, als die er is. Tenzij anders aangegeven zullen de meeste tabellen uitgaan van een omgevingstemperatuur van 25o C.
- Bijvoorbeeld, als je loodjodide wilt gaan oplossen (PbI₂), noteer dan de evenwichtsconstante van het oplosbaarheidsproduct. Gebruik je een tabel op bilbo.chm.uri.edu, gebruik dan de constante 7,1×10^–9.
2
Schrijf eerst de scheikundige vergelijking op. Bepaal eerst hoe de verbinding zich opsplitst in ionen wanneer het oplost. Schrijf nu een vergelijking op met K_sp aan de ene kant en de afzonderlijke ionen aan de andere kant.
- Bijvoorbeeld, een molecuul PbI₂ splitst zich op in de ionen Pb²⁺, I^- en nog een I^- (je hoeft alleen de lading van één ion te weten of op te zoeken, omdat je weet dat de totale verbinding altijd een neutrale lading heeft).
- Noteer de vergelijking 7,1×10^–9 = [Pb²⁺][I^-]²
3
Pas de vergelijking aan voor het gebruiken van variabelen. Herschrijf de vergelijking als een enkelvoudige algebraprobleem, met behulp van je kennis over het aantal moleculen of ionen. Stel x gelijk aan de hoeveelheid van de stof die zal oplossen, en herschrijf de variabelen als de getallen van elk ion in termen van x.
- In ons voorbeeld, herschrijven we 7,1×10^–9 = [Pb²⁺][I^-]²
- Omdat er slechts één lood-ion is (Pb²⁺) in de verbinding, zal het aantal opgeloste samengestelde moleculen gelijk zijn aan het aantal vrije lood-ionen. Dus kunnen we [Pb²⁺] vervangen door x.
- Omdat er twee jodiumionen (I^-) zijn voor elk lood-ion, kunnen we het aantal joodatomen gelijk stellen aan 2x.
- De vergelijking luidt nu 7,1×10^–9 = (x)(2x)²
4
Houd rekening met gemeenschappelijke ionen, indien aanwezig. Sla deze stap over wanneer je de verbinding oplost in zuiver water. Als de verbinding wordt opgelost in een oplossing die al een of meer van de samenstellende ionen (een 'gemeenschappelijk ion') bevat, dan wordt de oplosbaarheid echter aanzienlijk verkleind.^[3]XBron Het effect van de gemeenschappelijke ionen is het meest opvallend in verbindingen die meestal onoplosbaar zijn, en in deze gevallen kun je ervan uitgaan dat de overgrote meerderheid van de ionen bij evenwicht afkomstig zijn van het ion dat reeds aanwezig is in de oplossing. Herschrijf de vergelijking met de bekende molaire concentratie (mol per liter, of M) van de ionen die reeds in de oplossing aanwezig zijn, ter vervanging van de waarde van x die je hebt gebruikt voor dat ion.^[4]XBron
- Bijvoorbeeld, als onze lood-jodium-verbinding opgelost zou worden in een oplossing met 0,2 M loodchloride (PbCl₂), dan kunnen we de vergelijking herschrijven als 7,1×10^–9 = (0,2M+x)(2x)². En daarna, omdat 0,2M een dermate hogere concentratie is dan x, kunnen we dit veilig herschrijven als 7,1×10^–9 = (0,2M)(2x)².
5
Los de vergelijking op. Los x op en weet hoe oplosbaar de verbinding is. Vanwege de manier waarop de oplosbaarheidsconstante is gedefinieerd, zal je antwoord als het aantal mol van de opgeloste verbinding per liter water worden weergegeven. Je hebt wellicht een rekenmachine nodig om het uiteindelijke antwoord te vinden.
- Het volgende geldt voor oplosbaarheid in zuiver water, niet met eventuele gemeenschappelijk ionen.
- 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 mol per liter zal oplossen. Dit is een zeer kleine hoeveelheid, zodat je weet dat deze verbinding in principe slecht oplosbaar is.
Advertentie

Benodigdheden

Tabel met constanten voor oplosbaarheidsproducten (K_sp) voor verbindingen.

Tips

Beschik je over gegevens uit experimenten over de mate waarin een verbinding is opgelost, dan kun je dezelfde vergelijking gebruiken voor het oplossen van de oplosbaarheidsconstante K_sp.^[5]XBron

Advertentie

Waarschuwingen

Er is geen algemeen aanvaarde definitie van deze termen, maar chemici zijn het eens over de meerderheid van de verbindingen. Sommige randgevallen wat betreft de verbindingen met een aanzienlijk deel opgeloste en onopgeloste moleculen, kunnen worden beschreven met verschillende oplosbaarheidstabellen.
Sommige oudere leerboeken geven NH₄OH weer als oplosbare samenstelling. Dit is onjuist; kleine hoeveelheden NH₄⁺ en OH^- ionen kunnen worden waargenomen, maar kunnen niet worden geïsoleerd om een verbinding te vormen.^[6]XBron

Advertentie