Диаграмма преобладания - Predominance diagram

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 . 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 .

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

( 3 )

Виды H ₂ CrO ₄ и HCr
₂О^-
₇образуются только при очень низком pH, поэтому они не отображаются на этой диаграмме. Опубликованные значения log K ₁ и log K _D составляют 5,89 и 2,05 соответственно. 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.

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

Все три вида имеют концентрации, равные 1/K _Dпри pH = p K ₁ , для которого [Cr] =4/K _D. В этой точке встречаются три линии на этой диаграмме.

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 ₁ К _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 можно образовать много полимерных разновидностей, как, например, ванадат , молибдат и вольфрамат . 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