Диаграмма преобладания

A Преобладание диаграмма имеет целью показать , что условия концентрации и рН , где а химические частицы , имеет самую высокую концентрацию в растворах , в которых имеются несколько кислотно-щелочного равновесия . ^[1] Линии на диаграмме преобладания показывают, где у соседних видов одинаковая концентрация. По обе стороны от такой линии преобладает один или другой вид, т. Е. Имеет более высокую концентрацию по сравнению с другими видами.

Диаграмма преобладания хромата

Чтобы проиллюстрировать диаграмму преобладания, часть диаграммы хроматирования показана справа. pCr означает минус логарифм концентрации хрома, а pH означает минус логарифм концентрации ионов водорода . Имеются два независимых состояния равновесия, константы которых определяются следующим образом.

{\ displaystyle \ overbrace {{\ ce {CrO4 ^ 2-}}} ^ {chromate} + {\ ce {H + <=> HCrO4 ^ -}}; \ qquad {\ mathit {K}} _ {1} = {\ frac {[{\ ce {HCrO4 ^ -}}]} {{\ ce {[CrO4 ^ {2 \! -}] [H +]}}}}}

( 1 )

{\ displaystyle {\ ce {2HCrO4 ^ - <=>}} \ \ underbrace {{\ ce {Cr2O7 ^ 2-}}} _ {дихромат} + {\ ce {H2O}}; \ qquad {\ mathit {K }} _ {D} = {\ frac {[{\ ce {Cr2O7 ^ 2 -}}]} {[{\ ce {HCrO4 ^ -}}] ^ {2}}}}

( 2 )

Третья константа равновесия может быть получена из K ₁ и K _D .

{\ce {{2H+}+2CrO4^{2\!-}<=>{Cr_{2}O7^{2\!-}}+H2O}};\qquad \beta _{2}={\frac {[{\ce {Cr2O7^{2}-}}]}{[{\ce {H+}}]^{2}[{\ce {CrO4^{2}-}}]^{2}}};\qquad \beta _{2}=K_{1}^{2}K_{\ce {D}}

( 3 )

Виды H ₂ CrO ₄ и HCr
₂О^-
₇образуются только при очень низком pH, поэтому они не появляются на этой диаграмме. Опубликованные значения log K ₁ и log K _D составляют 5,89 и 2,05 соответственно. ^[2] Используя эти значения и условия равенства, концентрации трех компонентов хромата CrO^2-
₄, водородхромат HCrO^-
₄и дихромат Cr
₂О^2-
₇могут быть рассчитаны для различных значений pH с помощью выражений равновесия. Концентрация хрома рассчитывается как сумма концентраций видов по содержанию хрома.

[{\ce {Cr}}]=[{\ce {CrO4^2-}}]+[{\ce {HCrO4^-}}]+2[{\ce {Cr2O7^2-}}];\qquad p{\ce {Cr}}=-\log _{10}{\ce {[Cr]}}

Все три вида имеют концентрации, равные 1/K _Dпри pH = p K ₁ , для которого [Cr] =4/K _D. ^[3] Три линии на этой диаграмме пересекаются в этой точке.

Зеленая линия: Хромат и водородный хромат имеют равные концентрации. Настройка [ CrO^2-
₄] равный [ HCrO^-
₄] в ур. 1 , [H ⁺ ] =1/К ₁, или pH = log K ₁ . Это соотношение не зависит от pCr, поэтому на диаграмме преобладания необходимо провести вертикальную линию.
Красная линия: Хромат водорода и дихромат имеют равные концентрации. Настройка [ HCrO^-
₄] равный [ Cr
₂О^2-
₇] в формуле. 2 , [ HCrO^-
₄знак равно 1/K _D; из уравнения. 1 , то [ CrO^2-
₄знак равно 1/К ₁К _Д [H ⁺ ].
Синяя линия: Хромат и дихромат имеют равные концентрации. Настройка [ CrO^2-
₄] равный [ Cr
₂О^2-
₇] в формуле. 3 дает [ CrO^2-
₄знак равно 1/β ₂ [H ⁺ ] ².

Диаграмма преобладания интерпретируется следующим образом. Хромат-ион является преобладающим веществом в области справа от зеленой и синей линий. При pH выше ~ 6,75 это всегда преобладающий вид. При pH <5,89 (pH <p K ₁ ) ион хромата водорода преобладает в разбавленном растворе, но ион дихромата преобладает в более концентрированных растворах.

Диаграммы преобладания могут стать очень сложными, когда могут быть образованы многие полимерные частицы , такие как, например, ванадат , ^[4] молибдат ^[1] и вольфрамат . ^[1] Еще одна сложность заключается в том, что многие из высших полимеров образуются чрезвычайно медленно, так что равновесие может не достигаться даже за месяцы, что приводит к возможным ошибкам в константах равновесия и диаграмме преобладания.

Ссылки [ править ]

^ ^a ^b ^c Папа, MT (1983). Гетерополия и изополия оксометаллатов . Springer. ISBN 0-387-11889-6.
^ Брито, F .; Ascanioa, J .; Mateoa, S .; Hernándeza, C .; Araujoa, L .; Gili, P .; Martín-Zarzab, P .; Domínguez, S .; Медерос, А. (1997). «Равновесие хромата (VI) в кислой среде и ab initio исследования этих видов». Многогранник . 16 (21): 3835–3846. DOI : 10.1016 / S0277-5387 (97) 00128-9 .
^ Ганс, П. (2000). «Загадка о равновесии решений». J. Chem. Educ . 77 (4): 489. Bibcode : 2000JChEd..77..489G . DOI : 10.1021 / ed077p489 .
^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.п. 984

[pope-1] Папа, MT (1983). Гетерополия и изополия оксометаллатов . Springer. ISBN 0-387-11889-6.

[2] Брито, F .; Ascanioa, J .; Mateoa, S .; Hernándeza, C .; Araujoa, L .; Gili, P .; Martín-Zarzab, P .; Domínguez, S .; Медерос, А. (1997). «Равновесие хромата (VI) в кислой среде и ab initio исследования этих видов». Многогранник . 16 (21): 3835–3846. DOI : 10.1016 / S0277-5387 (97) 00128-9 .

[3] Ганс, П. (2000). «Загадка о равновесии решений». J. Chem. Educ . 77 (4): 489. Bibcode : 2000JChEd..77..489G . DOI : 10.1021 / ed077p489 .

[4] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.п. 984

[1]