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Química III Universidad Central de Venezuela Facultad de Agronomía Dpto. Química y Tecnología Cátedra de Química III

Clase N° 4 Solubilidad y KPS 1. Conceptos 1.1. Solución 1.2. Componentes de una solución 1.2.1. Soluto 1.2.2. Solvente 1.3. Tipos de soluciones 1.3.1. Insaturada 1.3.2. Saturada 1.3.3. Sobresaturada 2. SOLUBILIDAD (s) 3. SOLUBILIDAD MOLAR (S) 4. CLASIFICACIÓN DE LOS SOLUTOS SEGÚN SU SOLUBILIDAD 4.1. Sustancias solubles 4.2. Sustancias medianamente solubles 4.3. Sustancias poco solubles 5. CONSTANTE DEL PRODUCTO DE SOLUBILIDAD (KPS) 6. LEY DEL PRODUCTO DE SOLUBILIDAD 7. IMPORTANCIA DEL KPS 8. RELACIÓN ENTRE EL KPS Y LA SOLUBILIDAD 9. RELACIÓN ENTRE EL KPS Y LA FORMACION DE UN PRECIPITADO O RELACIÓN ENTRE EL KPS Y EL PRODUCTO IONICO (PI) 10. FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD 11. PROBLEMAS

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Química III Clase N° 4 Solubilidad y KPS 1. CONCEPTOS: 1.1. Solución: Mezcla homogénea de dos o más sustancias. Dispersión iónica o molecular de una sustancia en otra. 1.2. Componentes de una solución: 1.2.1. Soluto: Fase dispersa, toda sustancia capaz de disolverse en otra denominada solvente. 1.2.2. Solvente: Medio de dispersión, toda sustancia capaz de disolver a otra denominada soluto. 1.3. Tipos de soluciones: 1.3.1. Solución insaturada: Solución que contiene menor cantidad de soluto que la disolución saturada. No está en equilibrio o tiene menor cantidad de soluto del que podría aceptar el disolvente es decir del que puede disolver a una condición de presión y temperatura constante. 1.3.2. Solución Saturada: Son aquellas soluciones donde el soluto no disuelto está en equilibrio con el soluto disuelto a una determinada presión y temperatura. AB

AB

Soluto no disuelto

Soluto disuelto

A

+

+

B

-

Iones disociados Soluto disuelto

Dicho de otra manera: Soluto no disuelto

Iones disociados Soluto disuelto

1.3.3. Solución sobresaturada: Se dice que una solución es sobresaturada, cuando contiene una cantidad de soluto superior a la que tiene la solución saturada o dicho de otra manera contiene más soluto del que permiten las condiciones de equilibrio. Es inestable a la adición de cristales de soluto a una determinada temperatura.

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Química III 2. SOLUBILIDAD (s): Cantidad de soluto que es posible disolver en una cierta cantidad de solvente. Unidades: s = (g/L; mg/100mL; g/100mg; mg/mL) Concentración de soluto en una solución saturada a una temperatura dada (generalmente 25°C). 3. SOLUBILIDAD MOLAR (S): Numero de moles de soluto en un litro de solución saturada (mol/L). 4. CLASIFICACIÓN DE LOS SOLUTOS SEGÚN SU SOLUBILIDAD: 4.1. Sustancias solubles: S ≥ 0,1M Son aquellas sustancias con las que se pueden preparar soluciones de concentración ≥ 0,1M Ejemplo: NaCL; KNO3; KCL 4.2. Sustancias medianamente solubles: 0,001M  S  0,1M Son aquellas sustancias con las que se pueden preparar soluciones de concentración mayor que 0,001M pero menor de 0,1M. Ejemplo: PbCL2 4.3. Sustancias poco solubles: S  0,001M Son aquellas sustancias con las que se pueden preparar soluciones de concentración  0,001M. Ejemplo: AgCL; CaF2; AgCN; BaSO4; PbSO4; Ca(PO4)2; PbCO3 5. CONSTANTE DEL PRODUCTO DE SOLUBILIDAD (KPS) Constante del producto de solubilidad o simplemente producto de la solubilidad la cual es el producto de las concentraciones molares de los iones constituyentes cada uno elevado a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio, o dicho de otra manera es la constante de equilibrio para la reacción en la que una sal solida se disuelve liberando sus iones constituyentes en solución.

Am Bn  Sólido   Am Bn  Disuelto  mA n  nB  m

  B 

KPS  An Pág 3

m

m n

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Química III Si se tiene: Inicio:

S

0

0

Ag 3 PO4 Sólido  Ag 3 PO4  Disuelto  3 Ag  PO4 





Final:

0

3S

S

Aplicando la ley de acción de masas:

Ag  * PO   Keq  Ag PO    

 3

4

3

4 s



   





Keq * Ag 3 PO4 s   Ag  * PO4 



3



 

Donde: Ag  =3S y

PO  =S 

4

Keq * Ag 3 PO4 s   KPS



 



KPS  Ag  * PO4   (3S )3 * S  27S 3 * S  27S 4 

3

Si se tiene: Inicio:

S

0

MgF2 Sólido  MgF2  Disuelto  Mg Final:

0

S

0 

 2F  2S

Aplicando la ley de acción de masas:

Mg * F  Keq  MgF   

 2



2 s





Keq * MgF2 s   KPS



 

KPS  Mg  * F 

2





 

Donde: Mg   =S y F  =2S

Por lo que KPS  S * 2S 2  S * 4S 2  4S 3 6. LEY DEL PRODUCTO DE SOLUBILIDAD

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Química III En una solución saturada de un electrolito fuerte poco soluble el producto de las concentraciones molares de sus iones elevados cada uno a una potencia que coincide con el numero de iones que emite una molécula del compuesto, es constante a una temperatura y presión dados. 6.1. Limitaciones de la ley: La ley se aplica a soluciones saturadas de electrolitos fuertes poco solubles (s  0,001M) 7. IMPORTANCIA DEL KPS 7.1. Permite calcular la solubilidad de un electrolito fuerte poco soluble y la concentración de sus iones en solución conociendo el valor del KPS 7.2. Permite inferir si existirá o no la formación de un precipitado cuando mezclamos dos sustancias. 8. RELACIÓN ENTRE EL KPS Y LA SOLUBILIDAD Si se tiene:

Ag 2CrO4 Sólido  Ag 2CrO4  Disuelto  2 Ag   CrO4 Inicio:

S



0

0 

Ag 2CrO4 Sólido  2 Ag  CrO4 Final:

0

2S



S

Es un compuesto poco soluble pero altamente disociado: Keq 

Ag  * CrO  Ag CrO    

 2

4

2

4 s





Keq * Ag 2CrO4 s   KPS



  2

KPS  Ag  * CrO4

Donde:

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Ag 

 2





 2S

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CrO   S 

4

Sustituyendo:

KPS  2S  * S   4S 2 * S  4S 3 2

S 3

KPS 4

Si KPS= 1,23*10-12 Sustituyendo tenemos que:

1,23 *10 12 S  S  6,75 *10 5 4 3

Compuesto

AgCL BaSO4 Ag 2CO3

Expresión de KPS

Ag * CL  Ba * SO   Ag  * CO   





2

4



 2

Concentración en el equilibrio (M) Catión Anión S

S

KPS  S 2  S  KPS

S

S

KPS  S 2  S  KPS

2S

S

3

PbF2

Pb * F 

S

2S

Al OH 3

Al * OH  

S

3S

Ca3 PO4 2

Ca  * PO  

3S

2S

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2

 2

 3

3

3 2

2 3

4

Relación entre KPS Y S

KPS  4S 3  S  3

KPS 4

KPS  4S 3  S  3

KPS 4

KPS  27 S 4  S  4

KPS 27

KPS  108S 5  S  5

KPS 108

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Química III 9. RELACIÓN ENTRE EL KPS Y LA FORMACION DE UN PRECIPITADO O RELACIÓN ENTRE EL KPS Y EL PRODUCTO IONICO (PI) El producto iónico es la misma ecuación que el KPS, pero las concentraciones pueden ser de una solución saturada, insaturada o sobresaturada. Se determinan las concentraciones reales de los iones y se calcula el PI para compararlo con el KPS y poder predecir: Condición

Tipo de solución

PI = KPS

Sol Saturada

Cambio No hay precipitación

PI  KPS

Sol Insaturada

No hay precipitación

PI  KPS

Sol Sobresaturada

Hay precipitación

Ejemplo: Precipitara el cromato de plata, cuando se mezcla 2,5*10-3 mol de ion plata con 3,8 * 10-8 mol del ion cromato





 3 Datos: Ag  2,5 *10 y

CrO  3,8*10 

Ag 2CrO4 Sólido  2 Ag   CrO4



  2

PI  Ag  * CrO4





  2

8

4



 

PI  2,5 *10 3 * 3,8 *10 8  2,44 *10 13 PI  KPS

2,44 *10 13 1,23 *10 12 No hay precipitación Solución insaturada Si se tiene que:

Ag   2,5 *10 

3

CrO   3,8 *10 

3

4

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

PI  2,5 *10 3

 * 3,8 *10   2,38 *10 2

3

8

PI  KPS

2,38 *108 1,23 *1012 Hay precipitación Solución sobresaturada 10. FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD 10.1.Temperatura: En general al aumentar la temperatura se incrementa la solubilidad T   S  por que las sustancias absorben calor proceso endotérmico

10.2.Solvente: Concentración de alcohol etílico en agua % 0,0 % Alcohol 100% agua 23,8% Alcohol 64,2 % agua 41,0% Alcohol 59 % agua

S CaSO4 (g/100g sol) 0,208 0,014 0,0029

En general al adicionar solventes orgánicos la solubilidad decrece. 10.3.Iones extraños:

AgBrSólido  Ag   Br 

MgSO4  Mg   SO4



Va a existir una atracción entre los iones de carga opuesta se forma una capa o barrera iónica o nube electrónica, los iones Mg   rodean al ion Br  y los iones SO4



 rodean al ión Ag  esas barreras impiden el acercamiento de los iones Ag  y Br para

formar AgBrSólido ,

el sistema siente que hay deficiencia de iones Ag  y Br  y

responde aumentando la solubilidad.

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Química III

AgBrSólido 

SO4



SO4

SO4



Mg  

Ag  

SO4

SO4





+

Br 

Mg   Mg  

Mg  

Mg  

10.4.Presencia de ion común. Cuando se disuelve un electrolito en un solvente que tiene iones comunes Ej.: BaSO4 se disuelve en una solución de MgSO4

BaSO4 Sólido  Ba   SO4



MgSO4  Mg   SO4





Hay un incremento del ion común, por lo que la concentración SO4



 se incrementa lo

que hace que el producto iónico sea mayor que el producto de solubilidad (PIKPS), para restablecer el equilibrio se precipitará una parte de BaSO4 como lo predice el principio de Le Chatelier, desplazando el equilibrio hacia la izquierda por lo que la solubilidad del BaSO4

disminuye, hasta que el producto iónico sea igual al producto de solubilidad. 10.5.El p H:





Está relacionado con la concentración de iones H   o de OH  . Si tenemos un electrolito fuerte poco soluble como el FeOH 2

FeOH 2  Fe   2OH 







Si se incrementa OH  disminuye la

H  y el p H el equilibrio se desplaza hacia la 

izquierda, disminuye la solubilidad. 11. Problemas: 11.1.Para resolver en clase 11.1.1. Cuál será el producto de solubilidad o KPS, en una solución saturada que contiene 2,1917mg/mL de Ca(IO3)2, conociendo que el peso molecular del Ca(IO3)2 =390g/mol Inicio:

S

0

0

CaIO3 2 Sólido  Ca   2IO3 



Final:

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0

S

2S

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Ca * IO   Keq 

 2



CaIO  

3

3 2 Sólido



Keq * CaIO3 2   KPS





KPS  Ca  * IO3 



 2

Ca   S 

Donde:

IO    2S 

3

KPS  S 2S   4S 3 2

Donde: S=mol/L 2,1917mg-------------1m L X---------------------1000 m L X 

1000mL * 2,1917mg  2191,7mg  2,1917 g 1mL

nomoles 



gramos 2,1917 g   5,6197 * 10 3 390 g PM mol

 

KPS  5,6197 *103 * 4 5,6197 *103

  5,6197 *10 * 1,2632 *10  2

3

4

KPS  7,1*107 11.2.Para resolver en clase 11.2.1. Cuál será la solubilidad expresada en g/m L, si se conoce que el producto de solubilidad o KPS es 7,1*10-7, en una solución saturada de Ca(IO3)2 Y que el peso molecular del Ca(IO3)2 es de 390g/mol Inicio:

S

0

0

CaIO3 2 Sólido  Ca   2IO3 



Final:

0

S

2S

Ca * IO   Keq 

 2



CaIO  

3

3 2 Sólido

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

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Química III Keq * CaIO3 2   KPS





KPS  Ca  * IO3 



 2

Ca   S 

Donde:

IO    2S 

3

KPS  S 2S   4S 3 2

S 3

KPS 3 7,1*10 7 3   1,775 *10 7  5,6199 *10 3 mol / L 4 4

5,6199*10-3mol _____ 1000m L X _____ 1 m L









1mL * 5,6199 *10 3 mol  5,6199 *10 6 mol 1000mL gramos N moles   gramos  N moles * PM PM X

gramos  5,6199 *10 6 mol * 390

g g  2,1917 *10 3 mol mL

11.2.2. Si se mezclan 300 m L de BaCL2 0,0060 M con 900 m L de K2SO4 0,0080 M ¿Se formara algún precipitado? Conociendo que el KPS es 1,1*10 -10 Se tiene:

BaCL2  K 2 SO4  BaSO4  2KCL puede precipitar el sulfato de bario

BaSO4 Sólido  Ba   SO4



Calcular el número de moles de ambos iones:

N moles  V .M . Ba   0,3L * 0,0060

mol  1,8 *10 3 mol L

mol  7,2 *10 3 mol L Calcular la concentración de cada uno en solución 

SO4  0,9 L * 0,0080

VT  300  900  1200mL  1,2L Pág 11

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M

N moles V

Ba   1,8 *110,2L mol  1,5 *10 3



SO    7,2 *110,2L mol  6 *10 3



4





 

3

3

M

M

 



PI  Ba  * SO4   1,5 *103 * 6 *103  9 *106 

PI  KPS 9 *106 1,1 *1010 La disolución esta sobresaturada el valor de PI indica que la concentración de los iones es grande entonces si habrá formación de precipitado 11.3.Problemas propuestos: 11.3.1. Calcule la solubilidad del Ag3PO4 si se conoce que el PM del Ag3PO4 es 419g/mol y que el KPS es 6,53*10-20 11.3.2. Al mezclar 1L de SrCL2 0,20 M con 0,50 L de Na2SO4 0,4 M ¿Cuáles serán las concentraciones de Sr2+ y de SO4 = en la disolución final? KPS SrSO4= 7,6*10-8

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