大学 · 15分
沈殿と溶解度積
硝酸鉛(II)水溶液とヨウ化カリウム水溶液を混ぜ、黄色のヨウ化鉛(II)を観察し、沈殿と Q・Ksp の大小を結びつける。
目的
Q = [Pb²⁺][I⁻]² を計算し、25 °C での Ksp = 9.8 × 10⁻⁹ と比較して PbI₂ の沈殿を予測する。
器具と試薬
希薄な硝酸鉛(II)・ヨウ化カリウム水溶液、清潔な試験管、スポイト、保護めがね、重金属廃液用の表示付き容器。
手順
- 混合前に、それぞれの希薄溶液が透明であることを記録する。
- Pb(NO₃)₂ を静かに振り混ぜながら KI を滴下し、黄色固体をシミュレーションと比べる。
- [Pb²⁺] = 5.0 × 10⁻³ M、[I⁻] = 1.0 × 10⁻³ M の混合液について Q を計算し、不飽和か判断する。
- ヨウ化物イオン濃度を上げ、Q が Ksp を初めて超える条件を求める。I⁻ 過剰は共通イオン効果によって溶解度も下げる。
観察すること
- Q > Ksp で黄色の PbI₂ が沈殿し、飽和溶液は Q = Ksp の平衡にある。
- 低濃度条件では Q = (5.0 × 10⁻³)(1.0 × 10⁻³)² = 5.0 × 10⁻⁹ < Ksp なので沈殿しない。 [I⁻] = 2.0 × 10⁻³ M では Q = 2.0 × 10⁻⁸ > Ksp となり固体が生成する。
解説
PbI₂ のイオン積は Q = [Pb²⁺][I⁻]²。純水中の溶解度は s = (Ksp/4)¹ᐟ³ ≈ 1.35 × 10⁻³ M（25 °C）。Q が Ksp を初めて超えたとき沈殿が始まる。加熱で PbI₂ は溶け、ゆっくり冷やすと再結晶する — 有名な「黄金の雨」。
実験の歴史
ネルンストのイオン溶液論とオストヴァルトの希釈研究が沈殿を判定ではなく数値に変えるまで、化学者は一世紀の間、塩を「不溶性」の程度で分類していた。飽和時のイオン濃度積である溶解度積は 1890 年代の熱力学学派から生まれ、当時の定性分析 — カチオンを群ごとに分ける手法 — は完全に の論理で動いていた。今日の鉛や硫酸イオンの環境試験も同じである。
ゆかりの化学者
関連トピック
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。