Диаграмма доминирования

Диаграмма доминирования хромата

Диаграмма преобладания призвана показать условия концентрации и pH, при которых химическое соединение имеет самую высокую концентрацию в растворах, в которых существует несколько кислотно-основных равновесий . ^[1] Линии на диаграмме доминирования показывают, где соседние виды имеют одинаковую концентрацию. По обе стороны такой линии преобладает тот или иной вид, то есть имеет более высокую концентрацию по сравнению с другим видом.

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

Третью константу равновесия можно получить из K ₁ и K _D .

Виды H ₂ CrO ₄ и HCr ₂ O−7образуются только при очень низком pH, поэтому они не показаны 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, можно определить концентрации трех видов хромата CrO .2-4, хромат водорода HCrO−4и дихромат Cr ₂ O2-7можно рассчитать для различных значений pH с помощью равновесных выражений. Концентрацию хрома рассчитывают как сумму 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/К _Д⁠ при pH = p K ₁ , для которого [Cr] = ⁠4/К _Д⁠ . ^[3] В этой точке встречаются три линии на этой диаграмме.

Зеленая линия

Хромат и хромат водорода имеют равные концентрации. Настройка [ CrO2-4] равный [ HКрO−4] в уравнении 1 , [ ЧАС ⁺ ] знак равно ⁠1/К ₁⁠ , или pH знак равно log K ₁ . Эта связь не зависит от pCr, поэтому на диаграмме преобладания необходимо провести вертикальную линию.

Красная линия

Хромат и дихромат водорода имеют равные концентрации. Настройка [ HКрO−4] равный [ Cr ₂ O2-7] в уравнении 2 , [ HКрO−4] = ⁠1/К _Д⁠ ; из уравнения. 1 , то [ CrO2-4] = ⁠1/К ₁ К _Д [ Ч ⁺ ]⁠ .

Синяя линия

Хромат и дихромат имеют равные концентрации. Настройка [ CrO2-4] равный [ Cr ₂ O2-7] в уравнении 3 дает [ CrO2-4] = ⁠1/β ₂ [ Ч ⁺ ] ²⁠ .

Диаграмма преобладания интерпретируется следующим образом. Хромат-ион является преобладающей разновидностью в области справа от зеленой и синей линий. При pH ~6,75 он всегда является преобладающим видом. При pH < 5,89 (pH < p ​​K ₁ ) ион хромата водорода преобладает в разбавленном растворе, а ион дихромата преобладает в более концентрированных растворах.

Диаграммы преобладания могут стать очень сложными, когда могут образовываться многие полимерные разновидности, как, например, с ванадатом , ^[4], молибдатом ^[1] и вольфраматом . ^[1] Другая сложность заключается в том, что многие из высших полимеров образуются чрезвычайно медленно, так что равновесие не может быть достигнуто даже в течение нескольких месяцев, что приводит к возможным ошибкам в константах равновесия и диаграмме преобладания.

Рекомендации

1. Pope, MT (1983). Гетерополи- и изополиоксометаллаты . Спрингер. ISBN 0-387-11889-6.
2. Брито, Ф.; Асканиоа, Дж.; Матеоа, С.; Эрнандеса, К.; Араужоа, Л.; Гили, П.; Мартин-Зарзаб, П.; Домингес, С.; Медерос, А. (1997). «Равновесие видов хромата (VI) в кислой среде и ab initio исследования этих видов». Многогранник . 16 (21): 3835–3846. дои : 10.1016/S0277-5387(97)00128-9.
3. Ганс, П. (2000). «Загадка, касающаяся равновесия решений». Дж. Хим. Образование . 77 (4): 489. Бибкод :2000ЖЧЭд..77..489Г. дои : 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