LA SOLUBILIDAD DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS …

1 1 EQUILIBRIO DE PRECIPITACI NIng. Carlos BrunattiLic. Ana Mar a Mart nLA SOLUBILIDAD DE LOS COMPUESTOS I NICOSI ntroducci nLa experiencia muestra que ciertas sustancias, puestas en soluci n acuosa, no se disuelvencompletamente y se obtiene as una soluci n acuosa saturada en presencia del s lido. Elagua es un solvente disociante, los COMPUESTOS i nicos existen al estado de iones dispersosen la soluci n, en ciertos casos menos frecuentes se encuentran tambi n los pares de ionesno una sustancia, se define la SOLUBILIDAD como la concentraci n de la misma en lasoluci n saturada en equilibrio con el s lido, l quido o gas no : para una soluci n de naftaleno en agua en equilibrio con la sustancia s lida, K = [ C10 H8 ]K es una constante de equilibrio y no es producto de expresiones soluci n saturada y soluci n muy concentrada no son equivalentes.

2 Lasoluci n acuosa de naftaleno tiene una SOLUBILIDAD de 2 x 10 4 M, es una soluci n saturada ysin embargo es la sustancia que se disuelve en agua por disociaci n i nica es escasamente soluble,la soluci n es diluida y en forma aproximada, se puede expresar el producto de solubilidaden funci n de las concentraciones molares de los iones en de solubilidadSe define producto de SOLUBILIDAD para electrolitos escasamente solubles en agua, ytotalmente disociados en soluci n acuosa saturada, como la multiplicaci n de lasconcentraciones molares de los iones en equilibrio con el s : AgCl (s) Ag+ + Cl- Kps (AgCl) = [ Ag+ ] [ Cl- ]Esta expresi n es v lida siempre que se cumplan las condiciones para las cuales est definida.

3 En presencia de otros iones que no sean los que forman parte del precipitado, estaexpresi n no es v lida. Se emplea el producto de SOLUBILIDAD producto de SOLUBILIDAD var a con el tama o de las part culas; la SOLUBILIDAD aumenta aldisminuir el tama o de las part : PbCrO4 Radio (mm)Kps9 x 10 - 52,1 x 10 - 143 x 10 - 31,24 x 10 - 142 Para una sal de la forma CmAn, si su disoluci n parcial en agua produce una soluci nsaturada, se simboliza el equilibrio heterog neo: CmAn (s) m Cn+ + n Am-Sin tener en cuenta las propiedades cido base de los iones, Kps = [ Cn+ ]m [Am- ]nDe esta ecuaci n se obtienen ciertas A medida que aumenta la concentraci n de uno de los iones, disminuye la concentraci ndel otro y viceversa.

4 Esta regla permite, no solamente, evaluar las p rdidas causadas porsolubilidad en ciertas circunstancias, sino tambi n disminuir esas p rdidas agregandoexceso del ion precipitante (efecto de ion com n)Ejemplo: Calcule la concentraci n de ion bario (II) en una soluci n saturada de sulfato debario y en una soluci n que tambi n es 0,1 M de sulfato de sodio. Kps (BaSO4) = 6,3 x 10 10 BaSO4 SO42 - + Ba2 + . Kps = [SO42 -] [Ba2 +]En la soluci n saturada: [SO42 -] = [Ba2 +] [Ba2 +] = (Kps (BaSO4) )1/ 2 = 2,51 x 10 5 MCuando hay un exceso de iones sulfato, la concentraci n de bario se calcula a partir del Kps [Ba2 +] = Kps (BaSO4) / [SO42 -] = 6,3 x 10 10 / 1 x 10 1 = 6,3 x 10 9 MLa cantidad de sulfato de bario que queda sin precipitar ha disminuido 4000 veces, al haberpresente en la soluci n sulfato de Se puede predecir si se formar o no un precipitado a partir de la concentraci n de losiones que lo constituyen.

5 Si el producto de las concentraciones de los iones es mayor queel producto de SOLUBILIDAD , se espera que aparezca : el agua de yeso es una soluci n saturada de CaSO4. Si se mezclan vol menesiguales de agua de yeso y de soluci n que contiene 1 x 10 2 M de iones estroncio, seformar un precipitado de SrSO4? Kps (CaSO4) = 1,6 x 10 4 Kps (SrSO4) = 1,6 x 10 6 Para el agua de yeso: [SO42 -] = [Ca2 +] = (Kps CaSO4 )1/ 2 = (1,6 x 10 4 ) 1/ 2 = 1,26 x 10 2 MDespu s de tener en cuenta el efecto de la diluci n, la [SO42 -] = 0,63 x 10 2 My la [Sr2 +] = 0,5 x 10 2 M[SO42 -] [Sr2 +] = (0,63 x 10 2) (0,5 x 10 2) = 3,15 x 10 5 > Kps (SrSO4)Entonces aparece La formaci n de sustancias escasamente solubles es un m todo conveniente para laseparaci n y determinaci n.

6 Es til, en este aspecto, introducir el concepto deprecipitaci n cuantitativa, lo cual significa que la misma se completa en un 99,9 %; estoes, la concentraci n de la sustancia a determinar disminuye en un factor de al menos producto de SOLUBILIDAD permite predecir las condiciones de concentraci n para laprecipitaci n cuantitativa, y el exceso necesario del i n : Qu exceso de soluci n de BaCl2 se debe agregar para precipitarcuantitativamente los iones sulfato de una soluci n 1 x 10 3 M de Na2SO4?Kps (BaSO4) = 6,3 x 10 10 Para que la concentraci n de iones sulfato en soluci n disminuya en un factor de 103, porejemplo de 10 3 M a 10 6 M, el exceso necesario de iones bario se calcula a partir delproducto de SOLUBILIDAD .

7 [Ba2 +] = Kps (BaSO4) / [SO42 -] = 6,3 x 10 10 / 1 x 10 6 = 6,3 x 10 4 M4. A partir del producto de SOLUBILIDAD , se puede deducir el valor de la SOLUBILIDAD de n entre SOLUBILIDAD y producto de solubilidadSiempre en el solvente agua y cuando solamente existe el equilibrio entre el s lido y susiones. Tomemos como ejemplo el equilibrio de la precipitaci n del se disuelve en agua 1 mol de este electrolito univalente, se libera la misma cantidadde moles de iones plata que de iones cloruros. Se deduce entonces, que la SOLUBILIDAD delcloruro de plata en agua es igual a la concentraci n de los iones plata o de los iones cloruros. Kps (AgCl) = [Ag +] [Cl - ] = S 2 S (AgCl) = (Kps (AgCl))1/ 2 Para el caso general de un precipitado con una f rmula CmAn un mol del compuesto ceder una fracci n de m y n moles de iones respectivamente, cuando se disuelva en SOLUBILIDAD se expresa como: S (CmAn) = [ Cn+ ] / m = [Am- ] / n S (CmAn) = ( Kps (CmAn) / mm nn) 1/ m+nLas relaciones obtenidas se emplean para el c lculo de la SOLUBILIDAD a partir del valorconocido del producto de :1.

8 Se agita una cantidad de PbCl2, escasamente soluble con agua pura, durante un ciertotiempo. Se deja que sedimente el precipitado y se toma una muestra de la capa superior4clara, para analizar plomo. Se encuentra que la [Pb 2 +] es 2,71 x 10 2 M. Cu l es el valordel producto de SOLUBILIDAD del PbCl2? S (PbCl2) = [Pb 2 +] = 2,71 x 10 2 M Kps (PbCl2) = 4 S 3 = 4 x (2,71 x 10 2)3 = 8 x 10 52. A partir de los valores de los productos de SOLUBILIDAD del AgCl y Ag2 CrO4 calcule:a) Cu l de los COMPUESTOS es m s ) La concentraci n de iones plata en la soluci n saturada en ambos casos. Kps (AgCl) = 1,8 x 10 10 Kps (Ag2 CrO4) = 2,7 x 10 12a) Se puede llegar a una conclusi n err nea de que el cloruro de plata es m s soluble que elcromato de plata, dado que el Kps (AgCl) es mayor que el Kps (Ag2 CrO4) S (AgCl) = (Kps (AgCl))1/ 2 = (1,8 x 10 10)1/ 2 = 1,34 x 10 5 M S (Ag2 CrO4) = (Kps (Ag2 CrO4) / 4) 1/ 3 = (2,7 x 10 12 / 4)1/ 3 = 8,78 x 10 5 MLa SOLUBILIDAD del cromato de plata es 6 veces mayor que la del cloruro de ) S (AgCl) = [Ag +] = 1,34 x 10 5 M S (Ag2 CrO4) = [Ag +] / 2 [Ag +] = 2 S (Ag2 CrO4)

9 = 2 x 8,78 x 10 5 = 1,75 x 10 4 MVariaci n de la SOLUBILIDAD por efecto de ion com nSe considera la SOLUBILIDAD de CmAn en presencia de ca moles por litro del ani n Am Kps (CmAn) = (m S)m (n S + ca)nDado que la sustancia es escasamente soluble, se puede considerar que ca es mucho mayorque n S y entonces, simplificando: Kps = (m S)m ca nDisminuye la : Valores de SOLUBILIDAD del AgCl y del Ag2 CrO4 en las siguientes nKpsSAgCl0,01 M NaNO31,8 x 10 10 = S21,3 x 10 5 MAgCl0,01 M AgNO31,8 x 10 10 = 0,01 S1,8 x 10 8 MAgCl0,01 M NaCl1,8 x 10 10 = 0,01 S1,8 x 10 8 MAg2 CrO40,01 M NaNO32,7 x 10 12 = 4 S38,7 x 10 3 MAg2 CrO40,01 M AgNO32,7 x 10 12 =(0,01)

10 2 S2,7 x 10 8 MAg2 CrO40,01 M Na2 CrO42,7 x 10 12 = 0,01 S21,6 x 10 5 M5En general, cuanto mayor es el n mero de iones de una especie qu mica particular presentepor mol en un compuesto, mayor es la disminuci n de la SOLUBILIDAD de ese compuesto enuna soluci n que contenga ion com n fraccionadaCuando se tiene una mezcla de dos o m s cationes o aniones, que precipitan con un mismoreactivo, formando COMPUESTOS escasamente solubles, y se quiere predecir cual de ellos lohace primero, se debe calcular cual de los dos COMPUESTOS requiere la menor cantidad dereactivo para alcanzar la saturaci n de la soluci : se tiene una soluci n que contiene [Ag +] = [Pb 2+] = 1 x 10 2 M; se agrega soluci nde cromato de potasio.