Диаграмма преобладания - Predominance diagram
А диаграмма преобладания призван показать условия концентрации и pH, при которых химические вещества имеет самую высокую концентрацию в растворах, в которых имеется несколько кислотно-щелочной равновесие.[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.
Чтобы проиллюстрировать диаграмму преобладания, часть диаграммы хроматирования показана справа. pCr означает минус логарифм концентрации хрома и pH означает минус логарифм ион водорода концентрация. Есть два независимых состояния равновесия, при этом константы равновесия определяется следующим образом.
(1)
![{ displaystyle overbrace {{ ce {CrO4 ^ 2-}}} ^ {chromate} + { ce {H + <=> HCrO4 ^ -}}; qquad { mathit {K}} _ {1} = { frac {[{ ce {HCrO4 ^ -}}]} {{ ce {[CrO4 ^ {2 ! -}] [H +]}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4ce54264908ab30c61dc27a2ab58dab085f2b15d)
(2)
![{ displaystyle { ce {2HCrO4 ^ - <=>}} underbrace {{ ce {Cr2O7 ^ 2-}}} _ {дихромат} + { ce {H2O}}; qquad { mathit {K }} _ {D} = { frac {[{ ce {Cr2O7 ^ 2 -}}]} {[{ ce {HCrO4 ^ -}}] ^ {2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fd88f46486939ce641cd87ee211635ece656dee2)
Третья константа равновесия может быть получена из K1 и KD.
(3)
![{ 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}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ee109abec5e581bc24f88d514644beb958c1a622)
Вид H2CrO4 и HCr
2О−
7 образуются только при очень низком pH, поэтому они не отображаются на этой диаграмме. Опубликованные значения для журнала K1 и журнал KD равны 5,89 и 2,05 соответственно.[2] Используя эти значения и условия равенства, концентрации трех видов хромата CrO2−
4, водородный хромат HCrO−
4 и дихромат Cr
2О2−
7 могут быть рассчитаны для различных значений pH с помощью уравнений 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]}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9007d5f0e4e33e0d8c3cd55079537960faec9a2b)
Все три вида имеют концентрации, равные 1/KD при pH = pK1, для которого [Cr] = 4/KD.[3] В этой точке встречаются три линии на этой диаграмме.
- Зеленая линия
- Хромат и водородный хромат имеют равные концентрации. Параметр [CrO2−
4] равно [HCrO−
4] в ур. 1, [H+] = 1/K1, или pH = log K1. Это соотношение не зависит от pCr, поэтому на диаграмме преобладания необходимо провести вертикальную линию. - Красная линия
- Хромат водорода и дихромат имеют равные концентрации. Параметр [HCrO−
4] равно [Cr
2О2−
7] в формуле. 2, [HCrO−
4] = 1/KD; из уравнения. 1, тогда, [CrO2−
4] = 1/K1KD[ЧАС+]. - Синяя линия
- Хромат и дихромат имеют равные концентрации. Параметр [CrO2−
4] равно [Cr
2О2−
7] в формуле. 3 дает [CrO2−
4] = 1/β2[ЧАС+]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
Диаграммы преобладания могут стать очень сложными, если можно образовать много полимерных частиц, например, с 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.
Рекомендации
- ^ а б c Поуп, М. (1983). Гетерополия и изополия оксометаллатов. Springer. ISBN 0-387-11889-6.
- ^ Brito, 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. Дои:10.1016 / S0277-5387 (97) 00128-9.
- ^ Ганс, П. (2000). «Загадка относительно равновесия решений». J. Chem. Образовательный. 77 (4): 489. Bibcode:2000JChEd..77..489G. Дои:10.1021 / ed077p489.
- ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-037941-8. п. 984