Práctica #6 "SOLUBILIDAD Y CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DE SALES"
6.Producto de Solubilidad
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20/06/12
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SOLUBILIDAD
CONTENIDOS 2
• Reacciones de precipitación. • Solubilidad (s). • Producto de solubilidad (Kps o Ps) en electrolitos de
8po AB. • Producto de solubilidad en otro 8po de electrolito. • Factores que afectan a la solubilidad • Efecto ion común. • Influencia del pH por formación de un ácido débil. • Cambio en la solubilidad por formación de una base
débil. • Formación de un complejo estable. • Oxidación o reducción de iones.
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REACCIONES DE PRECIPITACIÓN
l Son reacciones de equilibrio heterogéneo sólido-‐líquido.
l La fase sólida con8ene una sustancia poco soluble (normalmente una sal)
l La fase líquida con8ene los iones producidos en la disociación de la sustancia sólida.
l Normalmente el disolvente suele tratarse de agua.
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SOLUBILIDAD (S). l Es la máxima concentración molar de soluto en un
determinado disolvente, es decir, la molaridad de la disolución saturada de dicho soluto.
l Depende de: – La temperatura. Normalmente es mayor a mayor temperatura
debido a la mayor energía del cristal para romper uniones entre iones.
– Energía re>cular. Si la energía de solvatación es mayor que la re8cular U se favorece la disolución. A mayor carácter covalente mayor U y por tanto menor solubilidad.
– La entropía. Al diluirse una sal se produce un sistema más desordenado por lo que aunque energé8camente no esté favorecida la disolución ésta puede llegar a producirse.
Dependiendo de la can>dad de soluto disuelto en el disolvente
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Disolución insaturada: cuando la can8dad de soluto es inferior a su solubilidad. Disolución saturada: cuando hay disuelta la máxima can8dad de soluto posible Disolución sobresaturada: cuando la can8dad de soluto es superior a su solubilidad, (son inestables, se va formando precipitado hasta alcanzar la disolución saturada).
Variación de la solubilidad de algunas sustancias con la temperatura
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Los sólidos iónicos, en general, son solubles en sustancias polares, por ejemplo:
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Esta disolución se debe a la atracción entre los polos posi8vos de la molécula de agua y los polos nega8vos de la red cristalina iónica y entre los polos nega8vos del agua y los iones posi8vos del sólido
8 PRODUCTO DE SOLUBILIDAD (Kps) EN ELECTROLITOS DE TIPO AB l En un electrolito de >po AB el equilibrio de
solubilidad viene determinado por: AB(s) A+
(ac) + B(ac)
Conc. inic. (mol/l): c 0 0 Conc. eq. (mol/l): c s s La concentración del sólido permanece constante. l Y la constante de equilibrio 8ene la expresión:
l Ejemplo: AgCl(s) Ag+(ac) + Cl -‐(ac) l Kps = [Ag+] x [Cl-‐] = s2 l “s” es la solubilidad de la sal.
2psK s s s= × = pss K=⇒
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PRODUCTO DE SOLUBILIDAD EN OTRO TIPO DE ELECTROLITO l Tipo A2B: A2B (s) 2 A+
(ac) + B2-‐(ac) Conc. inic. (mol/l): c 0 0 Conc. eq. (mol/l): c 2s s Y la constante de equilibrio 8ene la expresión:
l Las misma expresión será para electrolitos 8po AB2. l Tipo AaBb: AaBb (s) a Ab+
(ac) + b Ba-‐(ac) Conc. inic. (mol/l): c 0 0 Conc. eq. (mol/l): c as bs
2 3(2 ) 4psK s s s= × =
( ) ( )a b a b a bpsK as bs a b s += × = psa b
a b
Ks
a b+=⇒
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4psKs =⇒
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Expresiones de la constante del producto de solubilidad Ejemplo: Escriba la expresión de la constante del producto de solubilidad para el equilibrio de solubilidad del cloruro de plata, un producto formado cuando se aplica un tratamiento de galvanizados.
! "#$%&'( ! "#&)*(
+ +!!!!$%&)*(, !!!!!-.' / "#+!" #$ $%,!" #$
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Ejercicio: De manera experimental se encontró que la solubilidad del sulfato de calcio es de 0,67 g/L. Calcule el valor de la Kps para este compuesto.
−= 34 4
ln 4
0,67 14,9 10
1 136,2D
gCaSO molCaSOx x molL
L gCaSO
+ −+É 2 24( ) ( ) 4( )s ac acCaSO Ca SO
+ − − −⎡ ⎤ ⎡ ⎤= =⎣ ⎦ ⎣ ⎦K K2 3 2 34( )4,9 10 4,9 10acCa x M y SO x M
( )( )+ −
− −
−
⎡ ⎤ ⎡ ⎤= ⎣ ⎦ ⎣ ⎦=
=
2 24
3 3
5
4,9 10 4,9 10
2,4 10
ps
ps
ps
K Ca SO
K x x
K x
El sulfato de calcio se emplea como agente d e s e c a n t e y p a r a f a b r i c a r p i n t u r a s , cerámicas y papel. El yeso de paris es una forma hidratada del sulfato de calcio que se u8liza para hacer la férula para los huesos rotos.
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Ejemplo: Cuál es la solubilidad molar del AgBr?
AgBr(s) ! Ag(ac )+ + Br(ac )
!
I (M): 0.00 0.00C(M): +s +s E(M): s s
El bromuro de plata se u>liza en e m u l s i o n e s fotográficas.
+ −
−
⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦=13
K = Ag Br
7.7x10 ( )( )ps
s s
-13 -7s= 7.7x10 = 8.8x10 M
+ -7
- -7
Ag = 8.8x10 M
Br = 8.8x10 M
⎡ ⎤⎣ ⎦⎡ ⎤⎣ ⎦
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13 Ejemplo: Deduce si se formará precipitado de cloruro de plata cuyo Kps = 1,7 x 10-‐10 a 25ºC al añadir a 250 cm3 de cloruro de sodio 0,02 M 50 cm3 de nitrato de plata 0,5 M.
l AgCl(s) Ag+(ac) + Cl(ac) l K ps = [Ag+] x [Cl-‐] = s2 l
l Igualmente:
l l Como entonces precipitará.
-‐ 0,005mol[Cl ] = = 0,0167M0,25L + 0,05L
+ 0,025mol[Ag ] = = 0,0833M0,25L + 0,05 L
-‐ moln (Cl ) = 0,25 L × 0,02 = 0,005 molL
+ moln (Ag ) = 0,05 L × 0,5 = 0,025 molL
+ -‐ -‐3 2[Ag ]×[Cl ] = 0,0167 M×0,0833 M= 1,39×10 M+ -‐
ps[Ag ]×[Cl ]> K
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FACTORES QUE AFECTAN A LA SOLUBILIDAD l Además de la temperatura, existen otros factores
que influyen en la solubilidad por afectar a la concentración de uno de los iones de un electrolito poco soluble.
l Estos son: – Efecto ion común. – pH.
• Formación de un ácido débil. • Formación de una base débil.
– Formación de complejos estables. – Reacciones redox.
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EFECTO ION COMÚN
l Si a una disolución saturada de un electrolito poco soluble añadimos otra sustancia que aporta uno de los iones, la concentración de éste aumentará.
l Lógicamente, la concentración del otro ion deberá disminuir para que el producto de las concentraciones de ambos permanezca constante.
l Como el equilibrio se desplaza a la izquierda la solubil idad, que mide la máxima concentración de soluto disuelto, disminuirá en consecuencia.
16 Ejemplo: ¿Cuál será la solubilidad del cloruro de plata si añadimos nitrato de plata, sal soluble, hasta una concentración final 0,002 M?
l AgCl(s) Ag+(ac) + Cl -‐(ac) l l l Al añadir el AgNO3, la [Ag+] sube hasta 2 x103 M, pues
se puede despreciar la concentración que había antes. l En consecuencia, el equilibrio se desplaza a la izquierda y
la [Cl], es decir, la nueva solubilidad, debe disminuir.
+ -‐ -‐10 -‐5pss = [Ag ] = [Cl ] = K = 1,7 ×10 = 1,3×10 M
-‐10ps-‐+ -‐3
K 1,7×10s = [Cl ] = = =[Ag ] 2×10
-‐10 + -‐ 2psK = 1,7×10 = [Ag ]×[Cl ]= s
-‐88,5×10 M
17 Ejercicio: En equilibrio de disolución de bromuro de plata cuya Kps=5,2 x 10-‐13 ¿cuál será la nueva solubilidad si a ½ litro de disolución saturada de AgBr se añaden 0,2 ml de una disolución 0,001 M de bromuro de potasio? l Equilibrio: AgBr (s) Ag+
(ac) + Br(ac) Conc. eq. (mol/l): c s s
n(Br-1)0 = 0,5 L x7,2x10-7 mol/L = 3,6x10-7 mol n(Br-1)añad = 0,0002 L x 0,001 mol/L = 2x10-7 mol
l Equilibrio: AgBr (s) Ag+(ac) + Br-
(ac) Conc. inic. (mol/l): c 7,2x10-7 1,12x10-6 Conc. eq. (mol/l): c (7,2x10-7 -x)(1,12x10-6 -x) Kps = 5,2 x 10-13 = (7,2x10-7 -x)·(1,12x10-6 -x) De donde: x = 3,2 x 10-7
s’ = (7,2 x 10-7 -3,2 x 10-7) M = 7−4,0×10 M
− + −= × = × =13 25,2 10 [ ] [ ]psK Ag Br s+ − − −= = = = × = ×13 7[ ] [ ] 5,2 10 7,2 10pss Ag Br K M
18 INFLUENCIA DEL pH POR FORMACIÓN DE UN ÁCIDO DÉBIL l Equilibrio solubilidad: AB(s) A-‐ (ac) + B+ (ac) l Equilibrio acidez: HA(ac) A-‐ (ac) + H+ (ac) l Si el anión A-‐ en que se disocia un electrolito poco
soluble forma un ácido débil HA, al aumentar la acidez o [H+] el equilibrio de disociación del ácido se desplazará hacia la izquierda.
l En consecuencia, disminuirá [A-‐], con lo que se solubilizará más electrolito AB.
l Ejemplo: al añadir un ácido fuerte sobre el ZnCO3, se formará H2CO3, ácido débil, y al disminuir [CO3
2-‐], se disolverá más ZnCO3, pudiéndose llegar a disolver por completo.
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19 CAMBIO EN LA SOLUBILIDAD POR FORMACIÓN DE UNA BASE DÉBIL. l Suele producirse a par8r de sales solubles que
con8enen el ca8ón NH4+.
l NH4Cl(s) Cl-‐ (ac) + NH4+ (ac)
l Equil base: NH4OH (ac) NH4+ (ac) + OH-‐ (ac)
l Los NH4+ reaccionan con los OH-‐ formándose NH4OH al
desplazar el equilibrio de la base hacia la izquierda. l Es el método usual de disolver hidróxidos poco solubles
tales como el Mg(OH)2. l Equil. Solub.: Mg(OH)2(s) Mg2+(ac) + 2 OH-‐(ac) l En consecuencia, disminuirá [OH-‐], con lo que se
solubilizará más Mg(OH)2.
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FORMACIÓN DE UN COMPLEJO ESTABLE
l Un ion complejo es un ion formado por más de un átomo o grupo de átomos.
l Ejemplos: [Al(OH)4]-‐, [Zn(CN)4]2-‐, [AlF6]3-‐ , [Ag(NH3)2]+. l De esta manera, se pueden disolver precipita-‐dos
añadiendo, por ejemplo, cianuro de sodio a electrolitos insolubles de cinc como el Zn(OH)2, ya que al formarse el ca8ón [Zn(CN)4]2 -‐, que es muy estable.
l Así, disminuirá drás8camente la concentración de Zn2+, con lo que se disolverá más Zn(OH)2.
l Igualmente, pueden disolverse precipitados de AgCl añadiendo amoniaco.
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OXIDACIÓN O REDUCCIÓN DE IONES
l Si alguno de los iones que intervienen en un equilibrio de solubilidad se oxida o se reduce como consecuencia de añadir un oxidante o reductor, la concentración de este ion disminuirá.
l En consecuencia, el equilibrio del electrolito insoluble se desplazará hacia al derecha, disolviéndose en mayor can8dad.
l Ejemplo: El CuS se disuelve fácilmente en ácido nítrico, ya que éste es oxidante y oxida el S2-‐ a S0.
3CuS + 2NO3-‐ + 8H+ 3S0 + 3Cu2+ + 2NO + 4H2O