દ્રાવ્યતા ગુણાકાર

દ્રાવ્યતા ગુણાકાર : અલ્પદ્રાવ્ય ઘન પદાર્થ અને દ્રાવણમાંના તેનાં અનુવર્તી આયનો વચ્ચેના સમતોલનને દર્શાવવામાં ઉપયોગી એવો સરળીકૃત સમતોલન-અચળાંક. મોટા ભાગના અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષારો જલીય દ્રાવણમાં વિશેષત: (essentially) સંપૂર્ણપણે વિયોજિત થયેલા હોય છે. એક પદાર્થ A_xB_y(s) દ્રાવણમાંનાં તેનાં આયનો A⁺ અને B^– સાથે નીચે પ્રમાણે સમતોલનમાં હોય,

A_xB_y(s) ↔ xA⁺(aq) + yB^–(aq) …………………………………………………………………………………………….(i)

તો સમતોલન અચળાંક નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

K_eq = [A⁺]^x[B^–]^y / [A_xB_y(s)] …………………………………………………………………………………………….(ii)

[ ] જે તે ઘટકની મોલર સાંદ્રતા દર્શાવે છે.

પદાર્થ અલ્પદ્રાવ્ય હોવાથી સમીકરણ (ii) માં સક્રિયતાને બદલે મોલર સાંદ્રતા લેવામાં આવી છે. અહીં x અને y એ પૂર્ણાંક સંખ્યાઓ છે, જ્યારે A⁺ અને B^–પદાર્થના અણુમાંથી મળતા કેટાયન અને એનાયન અનુક્રમે છે. જ્યાં સુધી અલ્પ પ્રમાણમાં પણ ઘન પદાર્થ હાજર હોય ત્યાં સુધી સમતોલન સ્થિતિ ઉપર ઘનના જથ્થાની અસર થતી નથી. આથી [A_xB_y(s)]ને અચળ ગણી શકાય. તેને K_eq સાથે લઈ નવા અચળાંક વડે દર્શાવવામાં આવે તો

K_eq[A_xB_y(s)] = K_sp = [A⁺]^x[B^–]^y ………………………………………………………………………………………..(iii)

આમ, દ્રાવ્યતા ગુણાકાર અચળાંક (K_sp) એ સમતોલનની પરિસ્થિતિને ઘનમાંથી મળતાં આયનોની સાંદ્રતામાં દર્શાવે છે. જો સમીકરણમાં સાંદ્રતાને બદલે સક્રિયતા(activity)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે તો પરિણામો પ્રાયોગિક અવલોકનો સાથે વધુ બંધબેસતાં/મળતાં આવે છે. સમીકરણ (iii) એક આયનના સંપૂર્ણ અવક્ષેપન માટે અન્ય આયન કેટલા પ્રમાણમાં ઉમેરવો તે સૂચવે છે.

સિલ્વર ક્લોરાઇડ (AgCl) જેવા અલ્પદ્રાવ્ય ક્ષાર માટે ઉપરનાં  સમીકરણો નીચે પ્રમાણે લખી શકાય :

AgCl(s) ↔ Ag⁺ + Cl^– ……………………………………………………………………………………………………..(iv)

……………………………………………………………………………………………………….(v)

ઘન પદાર્થો માટે માનક સ્થિતિમાં સક્રિયતા એક એકમ ગણવામાં આવતી હોવાથી, {[AgCl(s)]=1}

[Ag⁺][Cl^–] ≅ K_sp = 1.8 × 10^–10 મોલ² લિ^–2 ……………………………………………………………………(vi)

નિશ્ચિત તાપમાને આ ગુણાકાર અચળ હોય છે; પણ અન્ય સમતોલન અચળાંકોની માફક K_sp ઉપર પણ તાપમાનની અસર થાય છે. K_sp અચળ હોવાથી પ્રયોગ દ્વારા એ દર્શાવી શકાય કે Cl^– આયનોની સાંદ્રતામાં અલ્પ વધારો કરવાથી (દ્રાવણમાં NaCl કે HCl ઉમેરવાથી) સિલ્વર આયન(Ag⁺)ની સાંદ્રતામાં ઘટાડો થાય છે. તે જ પ્રમાણે Ag⁺ની સંકેન્દ્રિતતા વધારતાં Cl^– આયનની સંકેન્દ્રિતતા ઘટે છે.

વ્યવહારમાં પરિસ્થિતિ વધુ જટિલ બને છે. બંનેમાંથી કોઈ એક આયન વધુ પ્રમાણમાં ઉમેરવાથી ઘણી વાર વધુ જટિલ આયનો બને છે અને બીજા આયનની દેખીતી (apparent) સંકેન્દ્રિતતા વધે છે. જે લવણમાં Ag⁺ કે Cl^– ન હોય તેવાં લવણ (સમાન આયન ન હોય તેવાં લવણ) ઉમેરતાં તેઓ Ag⁺ કે Cl^– સાથે પ્રકિયા કરે અથવા સરાસરી આયનિક સક્રિયતા સહગુણાંક ઘટાડી દઈને બંને આયનોની સંકેન્દ્રિતતા વધારે; દા. ત., 0.01 મોલર સોડિયમ નાઇટ્રેટનું દ્રાવણ પ્રત્યેક (Ag⁺ તથા Cl^–) આયનની સંકેન્દ્રિતતા 10 % વધારે છે તથા તેનું ગુણનફલ (product) 20 % વધારી દે છે.

સામાન્ય રીતે એવું ધારી લેવામાં આવે છે કે સિલ્વર ક્લોરાઇડના સંતૃપ્ત જલીય દ્રાવણમાં માત્ર Ag⁺ અને Cl^– આયનો અને દ્રાવક જ હોય છે. જોકે સંશોધનો દ્વારા એમ માલૂમ પડ્યું છે કે દ્રાવ્યનો લગભગ 2.5 % ભાગ અવિયોજિત (undissociated) AgCl રૂપે હોય છે. પ્રાયોગિક રીતોમાં આ પ્રકારની અસર સાધારણત: ધ્યાનમાં લેવાતી નથી.

વિભિન્ન વીજભાર પ્રકારના ક્ષારના ઉદાહરણ તરીકે લેડ આયોડેટ Pb(IO₃)₂ લઈ શકાય. તેનું દ્રાવ્યતા-સમતોલન સમીકરણ (vii) વડે દર્શાવ્યું છે.

Pb(IO₃)₂(s) ↔ Pb⁺² + 2IO₃^– ………………………………………………………………………………………(vii)

25^o સે. તાપમાને આ લવણની પાણીમાં દ્રાવ્યતા 0.024 ગ્રા./લિટર છે. લવણના 1 ગ્રામ – સૂત્રભારનું વજન 557 ગ્રામ થાય છે. આથી સંતૃપ્ત દ્રાવણમાં આયનોની સંકેન્દ્રિતતા સમીકરણ (viii) મુજબ દર્શાવાય :

અહીં ઘન પદાર્થની ક્રિયાશીલતા એકમ (unity) ગણતાં

[Pb²⁺] [IO₃^–]² = K_sp = 3.2 x 10^–13 મોલ³/લિટર³ ……………………………………………………………..(ix)

અહીં 8.6 x 10^–5 મોલ/લિટર સંકેન્દ્રિતતા એે IO^–₃ આયનની દ્રાવણમાંની સંકેન્દ્રિતતા છે. તે Pb²⁺ આયનની સંકેન્દ્રિતતા કરતાં બમણી છે. અહીં 8.6 x 10^–5 મોલ/લિટરનો વર્ગ (square) એટલા માટે ગણ્યો છે કે IO^–₃ આયનનો સમીકરણ(vii)માં સહગુણક 2 છે.

દ્રાવ્યતા-ગુણાકારનો સંબંધ ફક્ત અલ્પદ્રાવ્ય વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થના સંતૃપ્ત દ્રાવણની બાબતમાં જ લાગુ પાડી શકાય છે. જો આપેલા વિદ્યુતવિભાજ્ય સંયોજનના દ્રાવણમાં પ્રક્રિયક ઉમેરવાથી પ્રાપ્ત થતા આયનિક ગુણાકારનું મૂલ્ય દ્રાવ્યતા-ગુણાકાર કરતાં વધી જતું હોય તો ઘન પદાર્થનું અવક્ષેપન થાય છે. જો પ્રાપ્ત થતા આયનિક ગુણાકારનું મૂલ્ય દ્રાવ્યતા-ગુણાકાર કરતાં ઓછું હોય તો અવક્ષેપન થતું નથી. આવા સંજોગોમાં વિદ્યુતવિભાજ્ય પદાર્થ દ્રાવણમાં વધુ પ્રમાણમાં ઓગળવા પ્રયત્ન કરે છે અને જ્યાં સુધી યોગ્ય દ્રાવ્યતા-ગુણાકાર પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી તે ઓગળ્યા કરે છે. દ્રાવ્યતા-ગુણાકારનો ખ્યાલ રાસાયણિક પૃથક્કરણમાં ખૂબ ઉપયોગી છે.

જગદીશ જ. ત્રિવેદી