INTRODUCCION AL EQUILIBRIO PRECIPITACIÓN - SOLUBILIZACIÓN

Transcripción

1 INTRODUCCION AL EQUILIBRIO PRECIPITACIÓN - SOLUBILIZACIÓN Lo básico que debes saber de Química General 14-1

2 LA SOLUBILIDAD DE ELECTROLITOS FUERTES POCO SOLUBLES Compuesto Solubilidad Electrolito NaCl BaSO 4 HgCl 2 Ácido benzoico Ácido acético Azúcar Soluble Poco soluble Soluble Poco soluble Soluble Soluble Fuerte Fuerte Débil Débil Débil No electrolito 14-2

3 LA CONSTANTE DEL PRODUCTO DE SOLUBILIDAD A m B m (s) Disolución Precipitación m A n+ (ac) + n B m- (ac) Kps = [ A n+ ] m [ B n+ ] m Solubilidad: Cantidad MÁXIMA de soluto que se disuelve en un volumen dado de solución. Expresada en (g/l) o en (moles/l). Solución saturada: Aquella que satisface la solubilidad del soluto. 14-3

4 TIPOS DE PROBLEMA a) Dado el Kps, encontrar la solubilidad. El Kps del cloruro de plata es 1,7 x Cuántos g de sal se disuelven en 1 L de solución? 1. Equilibrio: AgCl(s) = Ag + + Cl - 2. Kps = [Ag + ] [Cl - ] 3. Estequiometría: 1 mol de sal disuelta produce un mol de iones [Ag + ] y un mol de iones [Cl - ]. 4. Tabla de reacción: AgCl(s) = Ag + + Cl - inicial: 0 0 reacciona: - s s s equilibrio: s s 14-4

5 TIPOS DE PROBLEMA 5. Reemplazar: Kps = [Ag + ] [Cl - ] = s s = s 2 s 2 = 1,7 x s = 1,3 x 10-5 Se disuelve 1,3 x 10-5 moles de AgCl en 1 L de solución. O sea: 1,3 x 10-5 (mol) 143,35 (g/mol) = 1,86 x 10-3 (g/l) 14-5

6 TIPOS DE PROBLEMA b) Dada la solubilidad de una sal, encontrar el Kps. Al evaporar 100 ml de una solución saturada de fluoruro de calcio, queda 1,68 mg de residuo de la sal sólida. Cuál es el Kps de la sal? 14-6

7 Relaciones entre solubilidad y Kps. 1) Sal MX MX (s) = [M + ] [X - ] Kps = s s = s 2 2) Sal MX 2 MX (s) = [M + ] + 2 [X - ] Kps = s (2s) 2 = 4 s 3 3) Sal MX 3 MX (s) = [M + ] + 3 [X - ] Kps = s (3s) 3 = 27 s 4 4) Sal M 2 X 3 M 2 X 3 (s) = 2[M + ] + 3 [X - ] Kps = (2s) 2 (3s) 3 = 108 s 5

8 EFECTO DE UN IÓN COMÚN Qué efecto tendría la presencia de una cantidad de sal soluble que contenga cromato, sobre la solubilidad del cromato de plomo? PbCrO 4 (s) = Pb CrO

9 EFECTO DE UN IÓN COMÚN El cambio externo es aumentar la [CrO 4 2- ]; el principio de LE CHATELIER predice que el sistema desplaza su equilibrio, oponiéndose al cambio externo. En el problema de la transparencia 14-4, se calculó la solubilidad del clorato de plata en agua. Calcula la solubilidad de esta sal en una solución 0,1 M de cloruro de sodio. Compara ambas solubilidades. R: 1,7 x 10-9 (moles/l) 14-9

10 EFECTO DE UN IÓN COMÚN PbCrO 4 (s) Pb 2+ (ac) + CrO 2-4 (ac) PbCrO 4 (s) Pb 2+ (ac) + CrO 2-4 (ac ; agr)

11 REVERSIBILIDAD DEL EQUILIBRIO. PRECIPITACIÓN Para preparar una solución de una sal poco soluble como Ag 2 CrO 4 (s) (Kps = 1,3x ), se puede: a) Agitar Ag 2 CrO 4 (s) en agua. b) Hacer reaccionar una sal que contenga iones Ag +, con otra solución que contenga iones CrO 2-4 : Ag 2 CrO 4 (s) = 2 Ag CrO

12 REVERSIBILIDAD DEL EQUILIBRIO. PRECIPITACIÓN Se mezcla 5 ml de solución 0,003 M de AgNO 3 (ac) con 10 ml de solución 0,0006 M de K 2 CrO 4 (ac). Precipita Ag 2 CrO 4 (s) de esta solución?

13 PRECIPITACIÓN SELECTIVA Existe la posibilidad de formar más de una sal poco soluble. Por ejemplo: Una solución contiene cloruro de sodio y cromato de sodio, ambas en concentración 0,005 M. Se agrega AgNO 3 gota a gota. Qué sal precipita primero? Precipita aquella cuyo Kps se satisface primero!!!

14 PRECIPITACIÓN SELECTIVA A qué concentración de plata precipita AgCl en la solución dada? Kps AgCl = [Ag + ][Cl - ] Luego: [Ag + ] = Kps [Cl - ] 1,7 x = = 3,4 x 10-8 M 0,005 Cuando: [Ag + ] = 3,4x 10-8 M, precipita AgCl(s) 14-14

15 PRECIPITACIÓN SELECTIVA En la misma forma, Kps Ag2 CrO 4 = [ Ag + ] 2 [ CrO 4 2- ], y [ Ag + ] = Kps [ CrO 4 2- ] = 1,3x ,005 = 1,61 x 10-5 M Si se agrega AgNO3 gota a gota, se satisface primero Kps AgCl. Cuál debe ser la [Cl - ] cuando comienza a precipitar Ag 2 CrO 4? R: 1,06 x 10-5 M

16 INTERCONVERSIÓN DE PRECIPITADOS Se agita exceso de hidróxido de calcio (Kps = 3,2 x 10-6 ), en agua, y a la solución sobrenadante se agrega fluoruro de potasio. Precipita fluoruro de calcio (Kps = 4 x )? Cuando se agita Ca(OH) 2 (s) en agua: Ca(OH) 2 (s) = Ca OH - Kps = [ Ca 2+ ] [ OH - ] 2 s = 9,3 x 10-3 ; [ Ca 2+ ] = 9,3 x 10-3 M y [ OH - ] = 2 x 9,3 x 10-3 M [ OH - ] = 0,0186 M

17 INTERCONVERSIÓN DE PRECIPITADOS Al agregar [ F - ] ; Se establece el equilibrio: Ca F - = CaF 2 (s) [ Ca 2+ ] [ F - ] 2 = 4 x M [ F - ] = 4 x ,0186 = 1,29 x 10-3 M Cuando [ F - ] llega a 1,29 x 10-3 M, comienza a precipitar CaF 2 (s)

18 INTERCONVERSIÓN DE PRECIPITADOS 1. La solución de hidróxido de calcio permite una concentración máxima de iones Ca 2+ bastante alta. [ Ca 2+ ] = La solubilidad del fluoruro de calcio es baja, y esta sal precipita al agregar suficientes iones fluoruro. 3. La precipitación en el punto 2 provoca una disminución de la [ Ca 2+ ] en la solución

19 INTERCONVERSIÓN DE PRECIPITADOS 4. Cuando todo el fluoruro agregado ha precipitado, el hidróxido de calcio comienza a disolverse para satisfacer su Kps. 5. Finalmente, si hay suficientes iones fluoruro, todo el hidróxido de calcio se disuelve. (Y todo el calcio aparece como CaF 2 (s))

20 INTERCONVERSIÓN DE PRECIPITADOS F - (K + ) Ca 2+ OH - OH - Ca 2+ OH - OH - Ca 2+ OH - OH - CaF 2 (s) Ca 2+ OH - OH - Ca(OH) 2 (s) Ca OH - Ca(OH) 2 (s) Ca F - CaF 2 (s) 4 5 SISTEMA FUERA DE EQUILIBRIO Ca 2+ OH - OH - OH - Ca 2+ OH - OH - (K + ) OH - (K + ) OH - OH - (K + ) (K + ) Ca(OH) 2 (s) Ca OH - CaF 2 (s) Ca F

21 INTERCONVERSIÓN DE PRECIPITADOS El equilibrio de solubilidad del hidróxido de calcio Ca(OH) 2 (s) Ca OH - Se desplaza hacia la derecha al disminuir [ Ca 2+ ] e Ca(OH) 2 (s) Ca OH - F - CaF 2 (s) 14-21

22 INTERCONVERSIÓN DE PRECIPITADOS 37,05 g de hidróxido de calcio se agitan con 58,1 g de fluoruro de potasio en 1 L de agua. Cuánto fluoruro de calcio precipita? Cuál es la concentración de hidróxido de potasio que queda en la solución? R: 39,04 g, 1 M 14-22

23 DISOLUCIÓN DE PRECIPITADOS CON USO DEL EQUILIBRIO ÁCIDO BASE Ca(OH) 2 (s) Ca OH - Kps 2 H OH - 2 H 2 O 1/K w 2 Ca(OH) 2 (s) + 2 H + Ca H 2 O K = Kps / K 2 w CaF 2 (s) Ca F - Kps 2 F H + 2 HF 1/K 2 a CaF 2 (s) + 2 H + Ca HF K = Kps / K 2 a 14-23

24 DISOLUCIÓN DE PRECIPITADOS CON USO DEL EQUILIBRIO DE COMPLEJOS Precipitados se solubilizan formando complejos. Ejemplo: Disolución del cloruro de plata AgCl(s) + 2 NH 3 (ac) = Ag(NH 3 ) 2 + Cl - Ion (o átomo) central Ligando Nº de coordinación Carga del ion complejo Contraión Importante!! K = Kps x K f 14-24

25 CONSTANTES DE FORMACIÓN DE IONES COMPLEJOS [Ag(NH 3 ) 2 ] + 1 x 10 8 [Ni(CN) 4 ] 2-1 x [AgCl 2 ] - 3 x 10 5 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ 1 x [Ag(CN) 2 ] - 1 x [PbCl 4 ] 2-4 x 10 2 [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ 5 x 10 8 [AlF 6 ] 3-7 x [CuCl 2 ] - 5 x 10 4 [Fe(CN) 6 ] 3-1 x [SnF 6 ] 2-1 x [Al(OH) 4 ] - 2 x [Fe(CN) 6 ] 4-1 x [CuCl 4 ] 2-4 x 10 5 [Zn(OH) 4 ] 2-5 x

26 APLICACIONES DEL EQUILIBRIO DE COMPLEJOS a) Disolución de sales poco solubles AgCl(s) Ag + + Cl - NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] + Cuál es la solubilidad del cloruro de plata en amoniaco 1 M? R: 0,13 M 14-26

27 COMPORTAMIENTO ANFOTÉRICO DEL HIDRÓXIDO DE ALUMINIO 3 H 3 O 3+ OH - 3 H 2 O(l) Al(H 2 O) 3+ 3 H 3 O 3+ OH (ac) Al(H 2 O) 3 (OH) 3 (s) Al(H 2 O) 2 (OH) - 4 (ac) + H 2 O(l) 14-27

28 ANÁLISIS CUALITATIVO A B C D E Cationes solubles Ag +,Hg 2 2+ Pb 2 + Cu 2 +,Cd 2+ H 2 AsO 3 - Sb 3 +,Bi 3+ Sn 2 +,Sn 4+ Hg 2 +,Pb 2+ Zn 2 +,Mn 2+ Ni 2 +,Fe 2+ Co 3 +,Al 3+ Cr 3 +,Fe 3+ Mg 2 +,Ca 2+ Ba 2 + Na +,K + NH 4 + Adición HCl 6M Centrífuga Cationes solubles Iones de grupos 2, 3,4,5 Iones del grupo 1 AgCl, Hg 2 Cl 2, PbCl 2, Acidifica ph 0,5 ; adición H 2 S Centrífuga Cationes solubles Iones de grupos 3, 4, 5 Iones del grupo 2 CuS, CdS, HgS, As 2 S 2, Sb 2 S 3, Bi 2 S 3, SnS, SnS 2, PbS Buffer (ph 8) NH 3 /NH 4 Centrífuga Cationes solubles Iones de grupos 4, 5 Iones del grupo 3 ZnS, MnS, NiS, FeS, CoS Al(OH) 3, Cr(OH) 3 Adición (NH 4 ) 2 HPO 4 Centrífuga Cationes solubles Iones del grupo 5 Iones del grupo 4 Mg 3 (PO 4 ) 2 Ca 3 (PO 4 ) 2 Ba 3 (PO 4 ) 2 A B C D E 14-28

29 ANÁLISIS CUALITATIVO Ag + Al 3+ Cu 2+ Fe 3+ Paso 1 adición NH 3 (ac) Centrífuga Ag(NH 3 ) + 2 Cu(NH 3 ) 4 2+ Fe(OH) 3 Al(OH) 3 Paso 2 adición HCl Centrífuga 2 CuCl 4 - AgCl (blanco ) Paso 3 adición NaOH Centrífuga Al(OH ) 4 - Paso 4 adición HCl, Na 2 HPO 4 Paso 5 disolución HCl y adición KSCN FeSC N 2- AlPO 4 Fe(O H)