塩化銀が硝酸銀よりも溶けにくいのはなぜですか?
On 2月 1, 2021 by admin実験的に、$ \ ce {AgCl} $は水に溶けませんが、$ \ ce {AgNO3} $は溶けます。それらは「ラボではかなり一般的です(まあ、$ \ ce {AgCl} $は一般的な沈殿物です)-したがって、私たちのほとんどはこれを知っていると思います。
By ファヤンスの規則では、陰イオンが大きいほど、分極/共有結合性が大きくなり、溶解度が低くなります。しかし、$ \ ce {NO3-} $はより大きな陰イオンですが、$ \ ce {AgNO3} $はより溶けやすいです。
これには理論的な理由がありますか?
回答
以前の回答へのコメントで、エネルギーデータを考慮せずに、溶解度の理論的な理由を尋ねました。エネルギーの考察から、問題はアニオンの溶媒和ではないことがわかっているので、2つの化合物のイオン結合の強さに基づいて理由を提示できます。 このリファレンス(およびその他)は、$ \ ce {AgCl} $の結合が異常に高い共有結合を持っているため、結合が緊密になると述べています。 $ \ ce {Ag +} $イオンと$ \ ce {Cl – } $イオンは同じサイズに近いため(銀イオンは小さい)、互いに非常に接近することができます。硝酸銀では、$ \ ce {NO3-} $イオンが大きく、塩化物イオンほど接近できないため、結合が弱くなり、壊れやすくなり、塩が溶けやすくなります。
回答
これはむしろ非回答であると思います(または、なぜこれに回答するのが非常に難しいのですか)。 ..
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ほとんどすべての硝酸塩が溶解します。これは、負電荷の非常に優れた非局在化によって説明されることがよくあります。
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一方、銀塩は一般に溶解性がよくありません(フッ化物、硝酸塩、過塩素酸塩のみを溶解性として思い出します。硫酸塩、炭酸塩、酸化物、硫化物(もちろん)、化学量論的なシアン化物(正しく覚えていれば)でさえもそうではありません」。 t可溶性。
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したがって、硝酸塩の場合、通常、硝酸塩の良好な溶解度は、通常はそれほど良好ではない銀塩の溶解度よりも優先されるようです。
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フッ化物の場合も同様です。フッ化物はAgFの良好な溶解度とAgBrの低い溶解度の間にあります。ここでは、「不溶性」が優先されます。
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(Fajanに関連していると思いますが、 HSABの概念も拡張しようとしています。硬い不溶性塩[例: $ \ ce {CaF2} $ ] – しかし、ここでのケースでは、ファヤンと同じくらい役に立たない。これらの2つの概念は、Ag-ハロゲニドのような類似したイオンの列でより効果的に機能すると思います)
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理論から説明/予測することの難しさは、そこにあるという事実に起因する可能性があると思います反対ですが、考慮すべき強い影響があるため、結果が正確にどうなるかを予測することは困難です(重要性の喪失:ほぼ等しい2つの大きな数を引くと、結果の符号について確信が持てない場合があります)。
substance solubility / (mol/l) AgF 1.4 ⋅ 10¹ = 1.4e1 AgNO3 1 - 5 ⋅ 10⁰ = 1e0 - 5e0 AgCl 5 ⋅ 10⁻⁴ = 5e-4 AgBr 7 ⋅ 10⁻⁷ = 5e-7 AgI 9 ⋅ 10⁻⁹ = 9e-9 Ag2S 1.7 ⋅ 10⁻¹⁷ = 1.7e-17
異なるハロゲン化物間の溶解度は、フッ化物とヨウ化物の間で10桁異なります。これは、 $ \ Delta_RG ^ 0 $ の10倍の変更に相当します。エネルギーの係数10は、共有結合と水素結合の結合強度、または分子の回転と振動と電子遷移のようなものです。
- 他の質問からリンクした論文を見てください。実際には $ \ ce {AgCl} $ に焦点を当てています。
コメント
- デバイスの溶解度表に指数が表示されません。 mathjaxを使用してみたところ、青い火花が画面から飛び出しました。 (OK、実際には機能しませんでした'。)指数が特殊文字を必要としないように構文を変更できますか?
- @OscarLanzi:あります。 。
回答
塩を溶かすには、イオンを分解して水和させる必要があります。解決。イオンの水和エンタルピーと固体の結晶格子エネルギーを使用して、どの化合物が溶解するかを予測できます。
$ \ ce {AgCl} $ は-916.3kJ / mol (実験的)ですが、 $ \ ce {AgNO_3} $ は-820kJ / molです。 (格子エネルギーは、イオンが結合して固体を形成するときに放出されるエネルギーとして定義されるため、常に負になります。気相で結晶を別々のイオンに分解するために投入する必要のあるエネルギー量の符号を逆にします。)このデータから、 $ \ ce {Ag +} $ と
、水和エンタルピーと結晶格子エネルギーの両方が溶解度の重要な考慮事項です。塩の溶解度について考える方法、およびボルンハーバーサイクルを使用して溶解度に影響を与える要因については、このリファレンス。
最初に以下のコメントに入力した後、この段落を回答に追加しました。水和データのエンタルピーからの計算( $ \ ce {AgCl} $ および-794.4for $ \ ce {AgNO3} $ は、 $ \ ce {Cl-} $ は、-61.3 kJ / molの溶解度の高いイオンです( $ \ ce {Ag +} $の溶媒和による寄与のためはいずれの場合も同じです)硝酸塩は溶けにくいでしょうファヤンの規則に同意する(エネルギーの問題からの)イオン。水和データのエンタルピーは化学書の問題から得られた。
コメント
- まだ実験的です'あなた'エネルギーデータを取得しました。'理論的な理由を探しています。'は正反対です。ファヤン'の規則は予測します。
- ファヤン'の規則は、イオンの分極率について話します。それらは'溶媒和されますが、溶媒和は結晶格子エネルギーに応じて他の部分との溶解度の1つの側面にすぎません。 ' $ \ ce NO_3 ^-$イオンの溶解度を単独で確認することはできません。そのため、化合物を考慮する必要があります。あなたの質問は、水和エネルギーを見るのではなく、なぜ硝酸塩の格子エネルギーが低いのか"である可能性があります"。これら2つの場合、格子エネルギーの差は水和エネルギーの差よりも大きくなります(AgClの場合は計算-850.7、$ \ ce AgNO_3 $の場合は-794。4。
- 申し訳ありませんが、もう1つコメントがあります。上記の水和データのエンタルピーから計算すると、$ \ ce Cl ^-$は、-61.3 kJ / molだけ、より溶解性の高いイオンであることがわかります($ \ ce Ag ^ + $の溶媒和からの寄与は、いずれの場合も)。Fajan'の規則に準拠して、硝酸銀は(エネルギーの懸念から)溶解性の低いイオンになります。
回答
$ \ ce {AgCl} $と$ \ ce {AgNO3} $の結晶構造を見てください。
塩化物は通常、面心を形成します。立方体の結晶、硝酸銀は三角形の平面結晶を形成します。硝酸銀は、窒素に正の電荷を持ち、酸素に(2–)電荷を持つ三角形の分子です。
FCCでは、各イオンは反対の電荷を持つ6つのイオンと相互作用します。八面体配列で。
しかし、硝酸銀では硝酸イオンa酸素の2/3の負電荷の上下にある反対の電荷の2つのイオンとのみ相互作用し、隣接する正に荷電した窒素を指している。この配置ははるかに不安定であり、硝酸銀では、イオンはイオン-双極子相互作用によって吹き飛ばされる可能性がはるかに高くなります。
コメント
- あります窒素の正の"電荷"でも、負の"電荷
酸素について。硝酸イオンは共有結合と一緒に保持され、1つの負電荷はイオンの上で非局在化される。酸化数について話しているのか?窒素-酸素結合は極性があり、酸素の電子密度が高くなりますが、電子密度は3つの酸素に均等に広がります。
- 三角形の平面結晶を形成する硝酸塩のリファレンスを教えてください。私は'そのことに慣れていません。硝酸イオンの形は(共有結合と一緒に保持される)VSEPR理論では三角形平面となる。硝酸銀の結晶の形状に関する論文は、ここに記載されていますpubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/1966/J1/j19660000123
回答
これについてはよくわかりません。私も沈殿物に非常に興味があり、これはネットのどこかで読んだものと似ています(サイトが見つからない、ウィキペディアから入手した)
溶解度は動的平衡下で発生します。つまり、溶解度は、溶解と相結合の同時の反対のプロセス(たとえば、固体の沈殿)から生じます。溶解度の平衡は、2つのプロセスが一定の速度で進行するときに発生します。
したがって、これによると、相結合のプロセスは$ \ ce {AgClでの溶解よりもはるかに多くなります。 } $したがって、水に溶けませんが、$ \ ce {AgNO3} $では正反対です。
回答
$ \ ce {AgCl} $と$ \ ce {AgNO3} $では、陽イオンは同じ、つまり銀イオンです。ここで陰イオンを比較します。陰イオンが大きいほど、原子価殻の有効核電荷が少なくなります。したがって、より多くの陽イオンによる陰イオンの変形より多くの変形手段結合のより共有的な性質。共有結合が多いほど溶解度が低くなります。
回答
簡単:AgCl間の結合は、本質的に共有結合性が高く、両方のサイズが大きくなります。イオンのサイズはほぼ同じであるため、水に溶けません。
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