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

8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos

Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 2

Contenidos

• Equilibrios de solubilidad

– Solubilidad

– Producto de solubilidad

• Equilibrios de formación de iones complejos


Bibliografía 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,


Equilibrios de solubilidad

(de K muy baja)


Equilibrios 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 baja solubilidad

disolución saturada

soluto puro

(de concentración s)


(Constante del) 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 TKProducto de solubilidad de la sal a la temperatura T

9

,298 5,3 10psK

(muy pequeño)

2 2[ ] [ ]eq eq psCa F K

2

2 ( ) ( ) ( )2s ac acCaF Ca F


(Constante del) Producto de solubilidad


Relación entre solubilidad y producto de solubilidad


Disolución saturada de una sal

9

,298 5,3 10psK 2

2 ( ) ( ) ( )2s ac acCaF Ca F

Iniciales

Cambios

Equilibrio

s 2s0 0

( )ss 2s

2

2 ;pss s K34 ;pss K

1/3

4pss K 31,1 10s M

Ej.: Solubilidad del CaF2 en agua

Molaridades 2[ ]Ca

[ ]F

2 2[ ] [ ]eq eq psCa F K


Relación entre solubilidad y producto de solubilidad


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

9

,298 5,3 10psK 2

2 ( ) ( ) ( )2s ac acCaF Ca F

Iniciales

Molaridades

Cambios

Equilibrio

s 2s0,25 0

( )s0,25 s 2s

2

0,25 2 pss 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 2 pss K

2 91,0 5,3 10s 57,3 10s M

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

2[ ]Ca [ ]F


Equilibrios de formación de complejos (de K muy alta)


Equilibrios 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

,298 1,6 10fK 3 3 2( ) ( ) ( )2 [ ( ) ]ac ac acAg NH Ag NH

42

,298 1 10fK 3 3

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




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

,298 1,6 10fK 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



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

,298 9,7 10fK 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

9,03

3 3FeCl 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



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 Maprox. igual de rojo

más rojo

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