Equilibrio de precipitación

Transcripción

1 Equilibrio de precipitación 1

2 Equilibrios de solubilidad AgCl (s) Ag + (aq) + Cl - (aq) K ps = [Ag + ][Cl - ] K ps es la constante del producto de solubilidad MgF 2 (s) Mg 2+ (aq) + 2F - (aq) K sp = [Mg 2+ ][F - ] 2 Ag 2 CO 3 (s) 2Ag + (aq) + CO 2-3 (aq) Ksp = [Ag + ] 2 [CO 2-3 ] Ca 3 (PO 4 ) 2 (s) 3Ca 2+ (aq) + 2PO 3-4 (aq) Ksp = [Ca 2+ ] 3 [PO 3-3 ] 2 Disolución de un sólido iónico en agua: Q < K sp Disolución insaturada No precipita Q = K sp Disolución saturada Q > K sp Disolución sobresaturada Precipita 2

3 Escribe la expresión de Kps de las siguientes especies: a) Carbonato de magnesio b) Hidróxido ferroso c) Fostato cálcido d) Sulfuro de plata a) MgCO 3 (s) Mg 2+ (aq) + CO 3 2- (aq) K sp = [Mg 2+ ][CO 3 2- ] b) Fe(OH) 2 (s) Fe 2+ (aq) + 2OH - (aq) c) Ca 3 (PO 4 ) 2 (s) 3Ca 2+ (aq) + 2PO 4 3- (aq) K sp = [Fe 2+ ][OH - ] 2 K sp = [Ca 2+ ] 3 [PO 4 3- ] 2 d) Ag 2 S(s) 2Ag + (aq) + S 2- (aq) S 2- (aq) + H 2 O(l) HS - (aq) + OH - (aq) Ag 2 S(s) + H 2 O(l) 2Ag + (aq) + HS - (aq) + OH - (aq) K sp = [Ag + ] 2 [HS - ][OH - ] 3

4 4

5 Solubilidad molar (mol/l) es el número de moles de soluto disueltos en un 1 L de una disolución saturada. Solubilidad (g/l) es el número de gramos de soluto disueltos en 1 L de una disolución saturada. 5

6 Cuál es la solubilidad del AgCl en g/l? AgCl (s) Inicial (M) Cambio (M) Equilibrio (M) Ag + (aq) + Cl - (aq) s +s s s K sp = 1.6 x = [Ag+][Cl-] = s 2 s = K sp = 1.3 x 10-5 [Ag + ] = 1.3 x 10-5 M [Cl - ] = 1.3 x 10-5 M Solubilidad AgCl = 1.3 x 10-5 mol AgCl 1 L soln x g AgCl = 1.9 x 10 1 mol AgCl -3 g/l 6

7 Relación entre la solubilidad y K ps a 25 0 C Nº de iones Fórmula Catión:Anión K ps Solubilidad (M) MgCO 3 1:1 3.5 x x 10-4 PbSO 4 1:1 1.6 x x 10-4 BaCrO 4 1:1 2.1 x x 10-5 Ca(OH) 2 1:2 5.5 x x 10-2 BaF 2 1:2 1.5 x x 10-3 CaF 2 1:2 3.2 x x Ag 2 CrO 4 2:1 2.6 x x

8 8

9 Si se añaden 2 ml de NaOH 0.2 M a 1 L de CaCl M, se formará un precipitado? Los iones presentes en la disolución son Na +, OH -, Ca 2+, Cl -. Solamente es posible la precipitación de Ca(OH) 2. Es Q > K ps para el Ca(OH) 2? [Ca 2+ ] 0 = M [OH - ] 0 = 4.0 x 10-4 M Q = [Ca 2+ ] 0 [OH - ] 0 2 = 0.10 x (4.0 x 10-4 ) 2 = 1.6 x 10-8 K ps = [Ca 2+ ][OH - ] 2 = 8.0 x 10-6 Q < K ps No se formará ningún precipitado 9

10 Precipitación fraccionada Cuando en una disolución hay varios iones capaces de precipitar con un reactivo común es posible precipitar escalonadamente dichos iones en determinadas condiciones, hasta llegar a un punto en que la precipitación puede ser simultánea. A 1- + B + A 2- + B + A 1 B A 2 B K(A 1 B) = [A 1- ][B + ] K(A 2 B) = [A 2- ][B + ] Si K(A 1 B) < K(A 2 B) [A 1- ] [A 2- ] > K(A 1 B) K(A 2 B) Precipitará sólo A 1 - [A 1- ] [A 2- ] = K(A 1 B) K(A 2 B) [A 1- ] [A 2- ] < K(A 1 B) K(A 2 B) Precipitará sólo A 2 - [A 1- ] [A 2- ] = K(A 1 B) K(A 2 B) Precipitaran ambos en esa relación 10

11 A una disolución que contiene 10 g de Sr 2+ y 10 mg de Ba 2+ por litro, se añade H 2 SO 4 diluido hasta comienzo de precipitación. Indicar la naturaleza del precipitado formado. 10 [Sr 2+ ] = = 0, ,01 [Ba 2+ ] = = 7, K(SrSO 4 ) K(BaSO 4 ) = 2, = 2800 [Sr 2+ ] [Ba 2+ ] 0,115 = 7, = < 2800, luego precipita BaSO 4 11

12 Efecto del ion común en la solubilidad adición CrO 4 2- PbCrO 4 (s) Pb 2+ (aq) + CrO 4 2- (aq) 12

13 El efecto del ion común y la solubilidad La presencia de un ion común disminuye la solubilidad de la sal. Cuál es la solubilidad molar del AgBr en (a) agua pura y (b) NaBr M? AgBr (s) K ps = 7.7 x s 2 = K ps s = 8.8 x 10-7 Ag + (aq) + Br - (aq) NaBr (s) Na + (aq) + Br - (aq) [Br - ] = M AgBr (s) Ag + (aq) + Br - (aq) I C + s + s E s s [Ag + ] = s [Br - ] = s K ps = x s s = 7.7 x

14 El efecto salino y la solubilidad La presencia sales extrañas aumenta la solubilidad de la sal. AgCl (s) Ag + (aq) + Cl - (aq) K ps = 1.6 x = Ag + Cl - = [Ag + ] fag + [Cl- ] fcl - [Ag + ] [Cl - ] = 1.6 x fag + fcl - Al [salina] la fuerza iónica(i) fag + y fcl - [Ag + ] y [Cl - ], el AgCl se disolverá en mayor proporción - log f = O,5 Z i 2 I ; I = ½ ΣC i Z i2 = ½ (C 1 Z 12 + C 2 Z ) 14

15 ph y solubilidad: efecto del ion común La presencia de un ion común disminuye la solubilidad. añadimos quitamos Mg(OH) 2 (s) Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) K ps = [Mg 2+ ][OH - ] 2 = 1.2 x K ps = (s)(2s) 2 = 4s 3 4s 3 = 1.2 x s = 1.4 x 10-4 M [OH - ] = 2s = 2.8 x 10-4 M poh = 3.55 ph = A ph inferiores a [OH - ] OH - (aq) + H + (aq) H 2 O (l) Aumenta la solubilidad Mg(OH) 2 A ph superiores a [OH - ] Disminuye la solubilidad Mg(OH) 2 15

16 ph y solubilidad 1. Los precipitados formados por un anión básico (BO 3-, CrO 3 2-, C 2 O ) se disuelven en ácidos fuertes (por formación de un ácido débil). BaCO 3 + 2H + Ba 2+ + H 2 CO 3 H 2 CO 3 CO H + CO 2 + H Los precipitados formados por un catión ácido (NH 4+ ) se disuelven en bases fuertes (por formación de una base débil). NH OH - NH 3 + H 2 O 16

17 Cómo afecta a la solubilidad de los compuestos iónicos la adición de H 3 O + procedes de un ácido fuerte? a) PbBr 2 b) Cu(OH) 2 c) FeS a) PbBr 2 (s) Pb 2+ (aq) + 2Br - (aq) Br - es el anión de un ácido fuerte. No tiene ningún efecto. b) Cu(OH) 2 (s) Cu 2+ (aq) + 2OH - (aq) OH - es el anión un ácido débil (agua). Por tanto el equilibrio se desplaza hacia la derecha y aumenta la solubilidad. c) FeS(s) Fe 2+ (aq) + S 2- (aq) S 2- es el anión de un ácido débil y reacciona con el agua para producir iones OH -. FeS(s) + H 2 O(l) Fe 2+ (aq) + HS - (aq) + OH - (aq) La formación de ambos ácidos débiles aumenta la solubilidad del FeS. 17

18 Equilibrio de iones complejos (T. de Werner) Ion complejo: ion que contiene un catión metálico central unido a una o más moléculas o iones. Co 2+ (aq) + 6NH 3 (aq) átomo central Ácido Lewis ligandos Base Lewis [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ (aq) índice de coordinación Compuesto de coordinación: especie neutra que contiene uno o más iones complejos. [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 Ligando: moléculas o iones que rodean al metal en un ion complejo y que tiene al menos un par de e- no compartidos. H O H H N H H Cl - C O 18

19 Equilibrio de iones complejos (T. de Werner) Un ion complejo es un ion que contiene un catión metálico central unido a una o más moléculas o iones. Co 2+ (aq) + 4Cl - (aq) átomo central ligandos 2- CoCl 4 (aq) índice de coordinación La constante de estabilidad o de formación (K f ) es la constante del equilibrio para la formación del ion complejo. K f = 2- [CoCl 4 ] [Co 2+ ][Cl - ] 4 Co(H 2 O) 6 2+ CoCl 4 2- K f estabilidad complejo 19

20 Compuestos de coordinación Átomo donador: Átomo de un ligando que está unido directamente al átomo metálico. O N H H H H H Número de coordinación: El número de átomos donadores que rodean al átomo metálico central en el ión complejo. Ligandos con: Un átomo donor Dos átomos donadores Tres átomos donadores monodentado bidentado polidentado H 2 O, NH 3, Cl - etilendiamina EDTA 20

21 Compuestos de coordinación Ligando bidentado H 2 N CH 2 CH 2 NH 2 Ligando polidentado (EDTA) Los ligandos bidentados y polidentados reciben el nombre de agentes quelantes 21

22 Algunos ligando comunes 22

23 Cuál es el número de oxidación del metal en K[Au(OH) 4 ] y en [Cr(NH 3 ) 6 ](NO 3 ) 3? OH - tiene carga -1 K + tiene carga +1? Au x(-1) = 0 Au = +3 NO 3- tiene carga -1 NH 3 no tiene carga? Cr + 6x(0) + 3x(-1) = 0 Cr = +3 23

24 Nomenclatura de los compuestos de coordinación 1. El catión se escribe antes que el anión. 2. Primero se nombran los L en orden alfabético, y al final el ion metálico. 3. El nombre de los L anionicos terminan en -o. Los L neutros toman el nombre de la molécula, excepto el H 2 O (acuo), CO (carbonilo) y NH 3 (amino). 4. Cuando hay mas de un L se utilizan los prefijos di-, tri-, tetra-, penta-, y hexa-. Si el L ya contiene uno de estos prefijos, se utilizan los prefijos bis, tris, y tetraquis. 5. El EO del metal se escribe con nº romanos entre paréntesis después del nombre del metal. 6. Si el complejo es un anión, su nombre termina en ato. 24

25 25

26 26

27 Nombra el compuesto [Cr(H 2 O) 4 Cl 2 ]Cl? Cloruruo de tetraacuodiclorocromo(iii) Escribe la fórmula del sulfato de tris(etilendiamino)cobalto(ii) [Co(en) 3 ]SO 4 27

28 Nombra o formula: a) Na 3 [AlF 6 ], b) b) [Co(en) 2 Cl 2 ]NO 3, c) tetraaminebromochloroplatinum(iv) chloride, d) hexaaminecobalt(iii) tetrachloro-ferrate(iii) a) El ion complejo es [AlF 6 ] 3-. Los ligandos son seis (hexa-) fluoruros (fluoro-): hexafluoro El aluminio es el ion metálico central: aluminato El ion aluminio sólo tiene número de oxidación +3, por lo que no se necesita ningún numeral. hexafluoroaluminato sódico 28

29 b) Hay dos ligandos, el cloro y el etilendiamino: dicloro, bis(etilendiamino) Es un complejo cationico y el EO del Co lo escribimos con nº romanos (III) El anión nitrato, se nombra al principio. Nitrato de diclorobis(etilendiamino)cobalto(iii) c) 4 NH 3 Br Cl Pt 4 Cl Cloruro de -tetraaminobromocloroplatino(iv) d) [Pt(NH 3 ) 4 BrCl]Cl 2 6 NH 3 Co 3+ 4 Cl - Fe 3 hexaaminecobalt(iii) tetrachloro-ferrate(iii) + [Co(NH 3 ) 6 ][Cl 4 Fe] 3 29

30 30

31 Qualitative Analysis of Cations 31

32 Flame Test for Cations lithium sodium potassium copper 32

33 Cr(NH 3 ) 6 3+, un ion complejo típico 33

34 Constantes de formación (K f ) de algunos iones complejos a 25 ºC 34

35 Una industria química convierte Zn(H 2 O) 4 2+ en Zn(NH 3 ) 4 2+, más estable, mezclando 50 L de Zn(H 2 O) M y 25 L de NH M. Cuál es la [Zn(H 2 O) 4 2+ ] final? K f del Zn(NH 3 ) 4 2+ = 7.8 x Zn(H 2 O) 2+ 4 (aq) + 4NH 3 (aq) Zn(NH 3 ) 2+ 4 (aq) + 4H 2 O(l) [Zn(NH 3 ) 2+ 4 ] K f = = 7.8x10 8 [Zn(H 2 O) 2+ 4 ][NH 3 ] 4 (50L)(0.002M) [Zn(H 2 O) 2+ 4 ] incial = = 1.3 x 10-3 M 75 L [NH 3 ] inicial = (25 L)(0.15M) 75 L = 5 x 10-2 M 35

36 Zn(H 2 O) 4 2+ (aq) + 4NH 3 (aq) Zn(NH 3 ) 4 2+ (aq) + 4H 2 O(l) Inicial Cambio Equilibrio 1.3x x x (1.3x10-3 M) (+1.3x10-3 ) - x 4.5x x K f = [Zn(NH 3 ) 4 2+ ] [Zn(H 2 O) 4 2+ ][NH 3 ] 4 = 7.8x108 = 1.3x10-3 x(4.5x10-2 ) x = 4.1x10-7 M 36

37 En el revelado de una pelicula en blanco y negro, el exceso de AgBr es eliminado mediante una disolución acuosa de tiosulfato sódico (), produciendosa la formación del ion complejo Ag(S 2 O 3 ) Calcula la solubilidad del AgBr en a) H 2 O; b) Na 2 S 2 O 3 1M. K f del Ag(S 2 O 3 ) 2 3- es 4.7x10 13 y K ps AgBr es 5.0x AgBr(s) Ag + (aq) + Br - (aq) K ps = [Ag + ][Br - ] = 5 x a) s = [AgBr] disuelto = [Ag + ] = [Br - ] K ps = s 2 = 5 x ; s = 7.1 x 10-7 M b) AgBr(s) Ag + (aq) + Br - (aq) Ag + (aq) + 2S 2 O 3 2- (aq) Ag(S 2 O 3 ) 2 3- (aq) AgBr(s) + 2S 2 O 3 2- (aq) Br - (aq) + Ag(S 2 O 3 ) 2 3- (aq) 37

38 K global = K ps x K f = [Br - ][Ag(S 2 O 3 ] 2 3- [AgBr][S 2 O 3 2- ] 2 = (5.0x10-13 )(4.7x10 13 ) = 24 Inicial Cambio Equilibrio AgBr(s) + 2S 2 O 3 2- (aq) Br - (aq) + Ag(S 2 O 3 ) 2 3- (aq) s 1 2s 0 0 +s +s s s K global = s 2 (1 2s) 2 = 24 s 1-2s = (24)1/2 S = [Ag(S 2 O 3 ) 2 3- ] = 0.45M 38

39 Por: Dr. J.A. Organero Gallego Universidad de Castilla la-mancha UCLM 39