Tema 8: Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos

Transcripción

1 Tema 8: Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos Equilibrio de solubilidad: conceptos básicos. Producto de solubilidad: K s. Solubilidad. Efecto del ión común. Precipitación. Equilibrios con formación de complejos.

2 Equilibrio de solubilidad: conceptos básicos Disoluciones de sales. Disolución saturada de sal: Es aquella en la que no se puede disolver más cantidad de la sal. Como consecuencia se produce un equilibrio de solubilidad entre el soluto puro (sal) y la disolución saturada (sal disuelta en su forma ionizada). Solubilidad de la sal, s: Concentración de la sal disuelta en una disolución saturada de dicha sal. Normalmente se mide en concentraciones molares o en g/l.

3 Equilibrio de solubilidad: conceptos básicos Sal soluble: Aquella con una gran solubilidad. sal (s) H 2 O sal (ac) iones (ac) NaCl (s) H 2 O NaCl (ac) Na + (ac) + Cl (ac) Sal insoluble: Aquella con poca solubilidad. sal (s) H 2 O sal (ac) iones (ac) K s,t Que normalmente se expresa como: sal (s) H 2 O iones (ac) K s,t La constante de equilibrio se denomina producto de solubilidad de la sal, K s,t, a la temperatura T.

4 Producto de solubilidad: K s ó K sp Sal insoluble: Aquella con poca solubilidad. a CaSO 4(s) Ca 2+ (ac) + Ca 2+ a SO 2 SO2 4 4(ac) K s,t = a CaSO4 Si expresamos las actividades en función de las molaridades (considerando una disolución ideal): a Ca 2+ = [Ca 2+ ]/c 0 a SO 2 4 = [SO 2 4 ]/c0 a CaSO4 = [CaSO 4 ]/[CaSO 4 ] 0 1 Así, en función de las concentraciones molares, se expresa como K s,t = [Ca 2+ ] [SO 2 4 ]

5 Ejemplos de productos de solubilidad Algunos ejemplos de constantes del producto de solubilidad: CaSO 4(s) Ca 2+ (ac) + SO2 4(ac) CaF 2(s) Ca 2+ (ac) + 2F (ac) Al(OH) 3(s) Al 3+ (ac) + 3OH (ac) K s,298 = [Ca 2+ ] [SO 2 4 ] = 9, K s,298 = [Ca 2+ ] [F ] 2 = 5, K s,298 = [Al 3+ ] [OH ] 3 = 1,

6 Solubilidad Cálculo de la solubilidad de una sal en agua: CaSO 4(s) Ca 2+ (ac) + SO 2 4(ac) t = t s s K s,298 = 9, Luego, como K s,298 = [Ca 2+ ] [SO 2 4 ] = s 2 s = K s,298 Es decir, s = K s,298 = 3, M

7 Solubilidad Cálculo de la solubilidad de una sal en agua: Luego, como CaF 2(s) Ca 2+ (ac) + 2F (ac) K s,298 = 5, t = t s 2s K s,298 = [Ca 2+ ] [F ] 2 = s (2s) 2 s = 3 K s,298 /4 Es decir, s = 3 K s,298 /4 = 1, M

8 Efecto del ión común Efecto del ión común: disolución saturada de una sal en agua en presencia de iones comunes. Si se añade concentración apreciable de algún ion del sólido en una disolución saturada, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda: formación del sólido iónico (precipitación). Si se sustrae concentración apreciable de algún ion del sólido en una disolución saturada, el equilibrio se desplaza hacia la derecha: se disuelve el sólido.

9 Efecto del ión común Cálculo de la solubilidad de una sal en agua en presencia de iones comunes (que provienen de otra sal): Supongamos que tenemos una disolución 0,20 M de CaCO 3 CaF 2(s) Ca 2+ (ac) + 2F (ac) K s,298 = 5, t = t 0,20 + s 2s Luego, como K s,298 = [Ca 2+ ] [F ] 2 = (0,20 + s) (2s) 2 Ecuación cúbica! Aproximación: 0,20 + s 0,20 s = K s,298 /(0,20 4) = 8, M El efecto del ión común disminuye la solubilidad!

10 Criterios para la precipitación Criterios para la precipitación de la sal: Para analizar cómo evoluciona una reacción en función de las concentraciones hay que calcular el cociente de reacción (denominado producto iónico en el caso de sales), Q Si Q > K s, entonces G = RT ln Q K s > 0, por tanto precipita, la disolución está saturada. Si Q = K s, entonces G = 0, disolución saturada (equilibrio). Si Q < K s, entonces G = RT ln Q K s < 0, no precipita, disolución no saturada.

11 Ejemplo de precipitación Disolución de AgNO 3 0,01 M y IK 0,015 M Como son electrolitos fuertes, proporcionan las siguientes concentraciones de iones: [Ag + ] = 0,01 M y [I ] = 0,015 M Reacción: AgI (s) Ag + (ac) + I (ac) K s = 8, Así, Q = [Ag + ] [I ] = 0,01 0,015 = 1, > 8, = K s. Es decir, G = RT ln Q K s > 0, por lo que precipita AgI (s)

12 Ejemplo de precipitación Situación de equilibrio: AgI (s) Ag + (ac) + I (ac) K s,298 = 8, t = 0 0,01 0,015 t 0,01 ξ 0,015 ξ Solución: ξ 0,01 M K s = [Ag + ] [I ] = (0,01 ξ) (0,015 ξ) = 8, Concentraciones en el equilibrio: [I ] = 0,015M 0,01M = 0,005M [Ag + ] = K s /[I ] = 8, /0,005 = 1, M

13 Equilibrios con formación de complejos Iones complejos: Iones poliatómicos formados por un catión metálico rodeado de varios ligandos (moléculas o iones) Ejemplos: [Ag(NH 3 ) 2 ] + [Fe(CN) 6 ] 3 [Fe(C 2 O 4 ) 3 ] 3 Compuesto de coordinación: sustancia que contiene iones complejos. Ejemplo: Ag(NH 3 ) 2 Cl

14 Equilibrios con formación de complejos Equilibrio de formación de iones complejos: equilibrio asociado a la reacción de formación del ion complejo a partir del ión y de los ligandos que lo forman. Estabilidad: En general son muy estables en disolución, consecuencia de que la constante de equilibrio es grande. Ejemplos: Ag + (ac) + 2NH 3(ac) [Ag(NH 3 ) 2 ] + (ac) K f,298 = 1, Fe 3+ (ac) + 6CN (ac) [Fe(CN) 6] 3 (ac) K f,298 = 10 42

15 Ejemplos de equilibrios con formación de complejos Ejemplo: Se disuelven 0,10 mol de Ag(NO 3 ) en 1,00 L de una disolución de NH 3 1,00 M. Obtened las concentraciones de los iones en disolución. Ag + (ac) + 2NH 3(ac) [Ag(NH 3 ) 2 ] + (ac) K f,298 = 1, t = 0 0,10 1,00 0 t 0,10 ξ 1,00 2ξ ξ Como K f,298 = [[Ag(NH 3) 2 ] + ] [Ag + ] [NH 3 ] 2 = 1,6 107 tiene un valor muy grande, podemos utilizar la aproximación ξ 0,10 M. Luego [NH 3 ] = 1,00 2ξ = 0,80 M, y [Ag + ] = [[Ag(NH 3) 2 ] + ] K f,298 [NH 3 ] 2 = 9, M

16 Ejemplos de equilibrios con formación de complejos Aproximación: 1 Como los valores de K f suelen ser muy grandes, podemos suponer inicialmente que la reacción se produce de forma completa (reacciona todo el reactivo limitante). 2 Calculamos la cantidad real de reactivo limitante. 3 Comprobamos si la aproximación es razonable. En el ejemplo anterior, K f es grande, de manera que el equilibrio está muy desplazado a la derecha; podemos suponer que el valor de ξ será tal que la concentración del reactivo limitante sea nula (ha reaccionado todo el reactivo limitante): 0,10 ξ 0 ξ 0,10M

17 Ejemplos de equilibrios con formación de complejos Ejemplo: En la disolución anterior, con [Ag + ] = 9, M precipitará AgCl si añadimos mol de NaCl (s)? Para ello necesitamos calcular el producto Q = [Ag + ] [Cl ]. Si es mayor que K s,298 = 1, , entonces precipitará, debido a que G = RT ln Q K f > 0. En este caso [Cl ] = 0,010 M : Q = [Ag + ] [Cl ] = 9, ,010 = 9, < K s,298 = 1, NO PRECIPITARÁ AgCl.