Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos

8. Equilibrios de solubilidad y de 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejosformación de complejos

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ContenidosContenidos

•• Equilibrios de solubilidadEquilibrios de solubilidad

–– SolubilidadSolubilidad

–– Producto de solubilidadProducto de solubilidad

•• Equilibrios de formación de iones complejosEquilibrios de formación de iones complejos

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Bibliografía recomendadaBibliografía recomendada

• Petrucci: Química General, 8ª edición. R. H. Petrucci, W. S. Harwood, F. G. Herring, (Prentice Hall, Madrid, 2003).– Secciones 19.1, 19.2, 19.3, 19.5, 19.7, 19.8,

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Equilibrios de Equilibrios de solubilidadsolubilidad(de K muy baja)(de K muy baja)

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Equilibrios de solubilidadEquilibrios de solubilidad

• Disoluciones de sales– Disolución saturada (de una sal): aquella que no admite que se

disuelva más cantidad de sal en ella

• Se establece un equilibrio entre el soluto puro (la sal) y la disolución saturada (los iones de la sal): Equilibrio de solubilidad

– Solubilidad de una sal, s: concentración de la sal en una disolución saturada de la misma

• solubilidad molar: solubilidad en M, o mol/L

• g/L

– Sales solubles (en un disolvente): las de alta solubilidad

– Sales insolubles o poco solubles (en un disolvente): las de bajasolubilidad

disolución saturada

soluto puro

(de concentración s)

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((Constante delConstante del) Producto de solubilidad) Producto de solubilidad

[Lectura: Petrucci 19.1]

Sales solubles

Sales poco solubles: Equilibrio de solubilidad

( ) ( ) ( )s ac acsal sal iones→ →

( ) ( ) ( )s ac acsal sal iones→�

( ) ( ) ( ) ( )s ac ac acNaCl NaCl Na Cl+ −

→ → +

( ) ( )s acsal iones�

2

2 2( ) ( ) ( ) ( )2s ac ac acCaF CaF Ca F+ −

→ +�

,ps TK

Producto de solubilidadde la sal a la temperatura T

9

,2985,3 10

psK −

= ×

(muy pequeño)

2 2[ ] [ ]

eq eq psCa F K+ −

=

2

2( ) ( ) ( )2s ac acCaF Ca F+ −

+�

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(Constante del) Producto de solubilidad(Constante del) Producto de solubilidad

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Relación entre solubilidad y producto de solubilidadRelación entre solubilidad y producto de solubilidad

[Lectura: Petrucci 19.2]

Disolución saturada de una sal

9

,2985,3 10

psK −

= ×2

2( ) ( ) ( )2s ac acCaF Ca F+ −

+�

Iniciales

Cambios

Equilibrio

s+ 2s+0 0

( )s−s 2s

( )2

2 ;ps

s s K=3

4 ;ps

s K= ( )1/3

4pss K=3

1,1 10s M−

= ×

Ej.: Solubilidad del CaF2 en agua

Molaridades2

[ ]Ca+

[ ]F−

2 2[ ] [ ]

eq eq psCa F K+ −

=

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Relación entre solubilidad y producto de solubilidadRelación entre solubilidad y producto de solubilidad

[Lectura: Petrucci 19.3]

Disolución saturada de una sal en presencia de otras con iones comunes (Efecto del ion común)

9

,2985,3 10

psK −

= ×2

2( ) ( ) ( )2s ac acCaF Ca F+ −

+�

Iniciales

Molaridades

Cambios

Equilibrio

s+ 2s+

0, 25 0( )s−

0, 25 s+ 2s

( )( )2

0,25 2ps

s s K+ =

Ej.: Solubilidad del CaF2 en una disolución CaCl2(ac) 0,25M

( ) 20,25 4 pss s K+ =

3 2 94 1,0 5,3 10 0s s

−+ − × =(¡ecuación cúbica!)

5... 7,3 10s M

−= = ×

Este caso puede verse como perturbar el equilibrio de solubilidad en agua pura añadiendo Ca2+: el sistema responde consumiendo Ca2+, por lo que la solubilidad será menor (s<0,0011M).

0, 25 0,25s+ � ( )2

0, 25 2ps

s K=

2 91,0 5,3 10s

−= ×

57,3 10s M−

= ×

Opción 1 (fuerza bruta): Opción 2 (razonamiento químico):

2[ ]Ca

+[ ]F

−

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Equilibrios de formación Equilibrios de formación de complejosde complejos(de K muy alta)(de K muy alta)

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Equilibrios de formación de complejosEquilibrios de formación de complejos

• Iones complejos

– Iones poliatómicos formados por un catión metálico rodeado de ligandos (moléculas o iones)

• Ej.: [Ag(NH3)2]+, [Fe(CN)6]

3-

– Normalmente son muy estables en disolución y tienen constantes de equilibrio (de formación) muy altas

• Ej.:

• Compuesto de coordinación

– Sustancias que contienen iones complejos

• Ej.: Ag(NH3)2Cl

7

,2981,6 10

fK = ×

3 3 2( ) ( ) ( )2 [ ( ) ]ac ac acAg NH Ag NH

+ ++ �

42

,2981 10

fK = ×3 3

6( ) ( ) ( )6 [ ( ) ]ac ac acFe CN Fe CN

+ − −+ �

[Lectura: Petrucci 19.8]

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Equilibrios de formación de complejosEquilibrios de formación de complejos

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Equilibrios de formación de complejosEquilibrios de formación de complejos

Se disuelven 0,10 mol de AgNO3 en 1,00 L de NH3(ac) 1,00 M. ¿Cuánto vale la concentración molar del [Ag(NH3)2]

+ formado? ¿Y la de Ag+ en la disolución resultante? 7

,2981,6 10

fK = ×

3 3 2( ) ( ) ( )2 [ ( ) ]ac ac acAg NH Ag NH

+ ++ �

Iniciales

Molaridades

Cambios

Equilibrio

0,10 1,00 0x− 2x− x

0,10 x− 1,00 2x− x

Como K es muy grande, es equilibrio está muy desplazado a la derecha y podemos suponer que el valor de x será tal que la concentración del reactivo limitante sea 0 con dos cifras decimales, o sea: 0,10x �

3 2[ ( ) ] 0,10Ag NH M+ =

3 2

2

3

[ ( ) ]

[ ] [ ]

êq

f

eq eq

Ag NHK

Ag NH

+

+

=

3 2

2

3

[ ( ) ][ ]

[ ]

eq

eq

f eq

Ag NHAg

K NH

+

+

=

3[ ] 1,00 2 0,10 0,80NH M= − × =

9

7 2

0,109,8 10

1,6 10 0,80M

−= = ×

× ⋅

¿Precipitará AgCl(s) [Kps=1,8x10-10] si se añade 0,010 mol de NaCl(s)?

[ ] 0,010Cl M−

=11

[ ][ ] 9,8 10Ag Cl+ − −

= × psK< NO

3 2[ ( ) ]Ag NH

+ 3[ ]NH[ ]Ag

+

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Equilibrios de formación de complejosEquilibrios de formación de complejos

Se mezclan 2,0 mL de FeCl3(ac) 0,010M con 2,0 mL de NH4SCN(ac) 0,010 M y agua hasta formar 9,0 mL de disolución. ¿Cuánto vale la concentración molar del [Fe(SCN)6]

3- formado? ¿Y la de Fe3+ y de SCN- en la disolución resultante?41

,2989,7 10

fK = ×3 3

6( ) ( ) ( )6 [ ( ) ]ac ac acFe SCN Fe SCN

+ − −+ �

Iniciales

Molaridades

Cambios

Equilibrio

0,0022 0,0022 0x− 6x− x

0,0022 x− 0,0022 6x− x

3

6[ ( ) ]Fe SCN

− [ ]SCN−3

[ ]Fe+

2,00,010 0,0022

9,0=3

33FeCl Fe Cl+ −

→ +4

4NH SCN NH SCN+ −

→ +

Como K es muy grande, es equilibrio está muy desplazado a la derecha y podemos suponer que el valor de x será tal que la concentración del reactivo limitante sea 0 con cuatro cifras decimales, o sea: 0,0022

0,000376

x =�

3

6[ ( ) ] 0,00037Fe SCN M

− =

3[ ] 0,0022 0,00037 0,0018Fe M

+= − =

1/63

6

3

[ ( ) ][ ]

[ ] f

Fe SCNSCN

Fe K

−

−

+

=

87,7 10 M

−= ×

amarillo pálido rojo intenso

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Equilibrios de formación de complejosEquilibrios de formación de complejos

Un punto de equilibrio en la formación del complejo [Fe(SCN)6]3- tiene las

concentraciones 0,00037 M de [Fe(SCN)6]3-, 0,0018 M de Fe3+ y 7,7x10-8 M

de SCN-. a) ¿En qué se convertirán si se añade Fe3+ hasta [Fe3+]=0,0025 M?b) ¿Y si a continuación se añade SCN- hasta que [SCN-]=0,0010 M?

86 7,7 10x

−≤ ×

3

6[ ( ) ] 0,00037Fe SCN x− = +

3[ ] 0,0025 0,0025Fe x M

+= − =

1/63

6

3

[ ( ) ][ ]

[ ] f

Fe SCNSCN

Fe K

−

−

+

=

1/6

41

0,00037

0,0025 9,7 10

=

⋅ ×

a)

87,3 10 M

−= ×

0,0010 6 0x− =

3

6[ ( ) ] 0,00037Fe SCN x− = +

3[ ] 0,0025 0,0023Fe x M

+= − =

1/63

6

3

[ ( ) ][ ]

[ ] f

Fe SCNSCN

Fe K

−

−

+

=

1/6

41

0,00054

0,0023 9,7 10

=

⋅ ×

b)

87,9 10 M

−= ×

41,7 10x

−= ×

0,00054 M=

0,00037 M=aprox. igual de rojo

más rojo