Un equilibrio heterogéneo muy especial: Equilibrio de Precipitación
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- María Dolores Calderón Méndez
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1 Un equilibrio heterogéneo muy especial: Equilibrio de Precipitación Los equilibrios heterogéneos son aquellos en los cuales los reactivos y productos se presentan en distintos estados de agregación (sólido, líquido, gas o en disolución acuosa). En este tipo de equilibrios se cumple que, en la expresión de la constante de equilibrio (K C o K P ), no aparecen las sustancias en estado sólido ni líquido, pues sus concentraciones no tienen influencia sobre el mismo; sólo están presentes en dicha expresión, las sustancias es estado gas o en disolución. Así: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) K C = Es de gran interés el equilibrio que se establece entre un sólido poco soluble (precipitado) y la disolución saturada de los iones procedentes de la disociación de dicho sólido, normalmente una sal. Se conoce como EQUILIBRIO DE PRECIPITACIÓN. Se puede visualizar el proceso para alcanzar esta situación de equilibrio, así: MCANTO REV. 04/2014 Página 1
2 El equilibrio alcanzado se puede expresar según la siguiente ecuación: AgCl (s) Ag + (ac) + Cl - (ac) K C = En este tipo de equilibrios, a la constante de equilibrio (K C ) se le llama Producto de Solubilidad (K S ). Por otro lado, la disolución de los iones está saturada y su concentración es la máxima posible a una temperatura dada; se llama Solubilidad (s) a la concentración de dicha sal en esta disolución saturada. Para sales del tipo AB (NaCl, AgCN, etc), el equilibrio se plantea de la siguiente manera: AB (s) [ AB (ac) ] A + (ac) + B - (ac) Inicial A moles Equilibrio A - X s s s Siendo X el número de moles de AB disueltos (disociados). Siendo s la concentración de AB disuelta (disociada): s = ó La constante de este equilibrio será: K S = = s s = s 2 ; y por tanto s = (mol/l) (Cómo el equilibrio químico es una situación dinámica, en realidad se está disolviendo continuamente la sal liberando sus iones, y simultáneamente éstos se unen precipitando en forma sólida, procesos que se dan con la misma velocidad) Para sales del tipo A 2 B (Na 2 S, K 2 Se, etc), el equilibrio se plantea así: A 2 B (s) [ A 2 B (ac) ] 2 A + (ac) + B -2 (ac) Inicial A moles Equilibrio A - X s 2s s K S = = (2s) 2 s = 4s 3 ; y por tanto s = (mol/l) MCANTO REV. 04/2014 Página 2
3 Igualmente se puede demostrar que, para sales tipo AB 2 (PbCl 2, Mg(OH) 2, CaF 2, etc), tanto el producto de solubilidad como la solubilidad, tienen la misma expresión anterior: K S = 4s 3 y s = A estos equilibrios de precipitación también se les puede aplicar el Principio de Le Chatelier, cuando por algún motivo se altera dicho equilibrio. Es interesante conocer el efecto que produce sobre un precipitación, la adición de una disolución de una sal que contenga determinado equilibrio de uno de los iones del equilibrio anterior. Esto se conoce como Efecto de ión común, y no es más que la aplicación del Principio de Le Chatelier cuando se varía la concentración de alguno de los productos. En este caso concreto, el efecto que se produce es la disminución de la solubilidad, es decir, el desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda, o sea, hacia la formación de más producto insoluble. Actividad 1 (Select. Andalucía 2010, 310): Los productos de solubilidad del cloruro de plata y del fosfato de plata en agua son, respectivamente 1, y 1, Razone: a) Qué sal será más soluble en agua? b) Cómo se modificaría la solubilidad de ambas, al añadir a cada una de ellas nitrato de plata? a) La sal más soluble será aquella que tenga mayor solubilidad (s). En primer lugar, se plantea el correspondiente equilibrio químico y a partir del valor del Producto de Solubilidad se deduce el correspondiente a la solubilidad. AgCl (s) Ag + (ac) + Cl - (ac) Equilibrio s s K S = s 2 ; s = = 1,6 10 = 4, mol/l (5, g/l) Ag 3 PO 4 (s) 3 Ag + (ac) + PO 4-3 (ac) Equilibrio 3s s K S = (3s) 3 s = 27 s 4 ; s = =, = 1, mol/l (6, g/l) Comparando los valores obtenidos de solubilidad, el fosfato de plata es la sal más soluble. MCANTO REV. 04/2014 Página 3
4 b) Cuando se añade nitrato de plata, se están añadiendo iones Ag +. Por efecto de ión común, ambos equilibrios se desplazarán hacia la izquierda, disminuyendo las cantidades de cloruro de plata y de fosfato de plata disueltas. Por tanto, disminuye la solubilidad de ambas sales. Actividad 2: Deduce si se formará precipitado de cloruro de plata, cuyo K S = 1, a 25ºC, al mezclar 250 cm 3 de cloruro de sodio 0,02 M con 50 cm 3 de una disolución de nitrato de plata 0,5 M. El que se forme precipitado o no al mezclar las disoluciones anteriormente citadas, dependerá de que finalmente, el producto de las concentraciones de ión cloruro y de ión plata sea mayor o menor que K S : 250 ml NaCl 0,02M; por tanto 0,005 moles de NaCl NaCl (ac) Na + (ac) + Cl - (ac) Inicial 0, Final 0 0,005 0, ml AgNO 3 0,5 M; por tanto 0,025 moles de AgNO 3 AgNO 3 (ac) Ag + (ac) + NO - 3 (ac) Inicial 0, Final 0 0,025 0,025 Tras la mezcla, el volumen final es 300 ml y por tanto las concentraciones de Cl - y Ag + serán: = = 0,025 0,3 0,005 0,3 = 0,0833 = 0,0167 Dado que el equilibrio de precipitación del cloruro de plata es: AgCl (s) Ag + (ac) + Cl - (ac) Eq.: s s entonces K S = = 1, MCANTO REV. 04/2014 Página 4
5 Comprobamos en nuestra mezcla cuanto vale el producto de las concentraciones de dichos iones: Q = = 0,0833 0,0167 = 1, Como Q > K S, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda y precipitará cloruro de plata, de acuerdo al principio de Le Chatelier. Actividad 3 (Select. Andalucía 2010, 110): A 25ºC la solubilidad del PbI 2 en agua pura es 0,7 g/l. Calcule: a) El producto de solubilidad. b) La solubilidad del PbI 2 a esa temperatura en una disolución 0,1 M de KI. Masas atómicas: I = 127; Pb = 207 a) Planteamos el equilibrio heterogéneo correspondiente: PbI 2 (s) Pb +2 (ac) + 2I - (ac) Equilibrio s 2 s K S = = s (2s) 2 = 4 s 3 Antes de sustituir el valor de solubilidad en la expresión anterior, debemos expresarla en mol/l, por tanto: =, =, El producto de solubilidad será: = = (, ) =, b) Nos piden la solubilidad del PbI 2 en una disolución 0,1 molar en KI. Como todas las sales se disocian al 100%, en esta disolución habrá una concentración de anión ioduro procedente de KI igual a 0,1 moles/l, PbI 2 (s) Pb +2 (ac) + 2I - (ac) Equilibrio s ~ 0,1 K S = s (0,1) 2 ; =, = =, =, / (,), MCANTO REV. 04/2014 Página 5
6 Actividad 4 (Select. Andalucía 2012, Sept): A 25ºC la constante del equilibrio de solubilidad del Mg(OH) 2 sólido es, K S = 3, a) Establezca la relación que existe entre la constante K S y la solubilidad (s) del Mg(OH) 2. b) Explique, razonadamente, cómo se podría disolver, a 25ºC y mediante procedimientos químicos un precipitado de Mg(OH) 2. c) Qué efecto tendría sobre la solubilidad del Mg(OH) 2 a 25ºC la adición de cloruro de magnesio? Razone la respuesta. a) Planteamos el equilibrio de precipitación: Mg(OH) 2 (s) Mg +2 (ac) + 2 OH - (ac) Equilibrio s 2s Aplicamos la ley del Equilibrio Químico, para establecer la relación pedida: K S = s (2s) 2 = 4 s 3 b) A la vista del equilibrio anterior, disolver un precipitado de Mg(OH) 2 significa desplazar dicho equilibrio hacia la derecha, lo cual puede conseguirse reduciendo la concentración de OH - mediante la adición de una disolución ácida que neutralice esta basicidad. c) El cloruro de magnesio es una sal que, como todas ellas, se disocia al 100% en contacto con agua, generando en el medio los siguientes iones: Mg +2 y Cl -. Por tanto, observando el equilibrio de precipitación, si aumenta la concentración de iones magnesio, y según el Principio de Le Chatelier, el equilibrio se desplazará hacia la izquierda, disminuyendo la solubilidad del Mg(OH) 2, lo cual se conoce con el nombre de Efecto de ión común. MCANTO REV. 04/2014 Página 6
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