Liukoisuus (hieman kesken)

Liukoisuustulo

Liukoisuustulo (K_s) on termodynamiikassa käytetty suure, joka kuvaa liukenevan aineen pitoisuuden ja liuoksen ioniaktiivisuuden suhdetta, kun liuos on tyydyttynyt eli se ei enää kykene liuottamaan lisää ainetta.

Tarkastellaan liukenemisreaktiota

\(A_aB_b \ (s) ⇌ aA^{n+} \ (aq) + bB^{m-} \ (aq)\),

jossa A on liukeneva kiinteä aine, joka liukenee liuokseen ioneina Aⁿ⁺ ja B^m-.

Yleisesti liukenemisreaktiolle voidaan määritellä tasapainovakion lauseke

\(K = \frac{[A^{n+}]^a[B^{m-}]^b}{[A]^a}\),

jossa [Aⁿ⁺] ja [B^m-] ovat ionein konsentraatiot (molaariset pitoisuudet) liuoksessa ja [A] on liukenevan kiinteän aineen konsentraatio liuoksessa. Koska tasapainotilassa kiinteän aineen määrä ei muutu ja liuenneen aineen konsentraatio on täten riippumaton kiinteän aineen määrästä, voidaan määritellä uusi vakio nimeltä liukoistuustulo, K_s:

\(K_{s} = [A^{n+}]^a[B^{m-}]^b\),

Kun liuos on tyydyttynyt, liukoisuustulo kuvaa liuoksessa olevien ionien pitoisuuksia tasapainotilanteessa. Jos K_s on suuri, liuoksessa on suuri määrä ioneja ja kyseinen yhdiste on helposti liukeneva. Jos taas K_s on pieni, liuoksessa on vähän ioneja ja kyseinen yhdiste on vaikeasti liukeneva. Suolaa pidetään niukkaliukoisena, kun sen liukoisuus on pienempi kuin 1 g/l.

Esimerkki: kalsiumsulfaatin liukoisuustulo

Tarkastellaan kalsiumsulfaatin liukoisuustulosta. Kalsiumsulfaatti on huonosti liukeneva suola, jonka liuekenemista kuvaa yhtälö

\(CaSO_{4}(s) ⇌ Ca^{2+}(aq) + SO_{4}^{2-}(aq)\)

Liukoisuustulon arvo on 4.93 × 10^-5 mol²/L² eli

\(K_{s} = [Ca^{2+}][SO_{4}^{2-}] = 4.93 × 10^{-5} mol^{2}/L^{2}\)

Tämä tarkoittaa, että jos liuoksen Ca²⁺- ja SO₄^2--ionien konsentraatioiden tulo (ionitulo, kts. alla) on suurempi kuin K_s, liuos on kylläinen eikä kalsiumsulfaattia liukene.

Ionitulo

Lukoisuustulo kuvastaa kylläistä liuosta ja sen dynaamista tasapainoa. Jos suolan A_aB_b ionien konsentraatiot tiedetään, voidaan konsentraatioiden avulla aina laskea ns. ionitulo, Q:

\(Q = [A^{n+}]^a[B^{m-}]^b\)

esimerkiksi tapauksissa, joissa kahden eri suolan liuokset sekoitetaan keskenään. Ionitulon avulla voidaan tutkia, tapahtuuko liuoksessa joidenkin suolojen suhteen saostumista, sillä jos

• Q < K_s, liuos ei ole kylläinen

• Q = K_s, liuos on kylläinen

• Q > K_s, liuos on ylikylläinen

Huomaa, että ionitulo tulee aina tarkastella kyseessä olevien ioniyhdisteiden suhteen erikseen.