Quimica - equilibrio de solubilidad y complejos

EQUILIBRIO DE

SOLUBILIDAD - IONES COMPLEJOS

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Equilibrio de Solubilidad

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Muchos proceso naturales dependen de la precipitacion o de la ligera disolución de sales .

Las constantes de quilibrio nos ayudaran a

responder preguntas con respecto a solubilidad

y precipitacion

La constante de producto de Solubilidad


reserved.

Cuando un exceso de un compuesto ligeramente soluble es mezclado con agua , un equilibrio es establecido entre el sólido y el ión de la solución saturada. .

Para la sal oxalato de calcio, CaC2O4, se tiene

el siguiente equilibrio:

(ac)OC(ac)Ca )(2

42

2

42

sOCaCH2O



reserved.

La constante de equilibrio para este proceso es

denominado constante de producto de

solubilidad.

]OC][[Ca2

42

2 psK



reserved.

En general , la constante de producto de solubilidad es la constante de equilibrio para el equilibrio de solubilidad de un compuesto iónico ligeramente soluble (o casi insoluble)

Es igual al producto de las concentraciones

en equilibrio de los iones del compuesto.

Cada concentración es elevada a una potencia

igual al número de tales iones presentes en el

compuesto.



reserved.

Por ejemplo, Ioduro de plomo, PbI2, es una sal

ligeramente soluble. El equilibrio es :

(ac)2I(ac)Pb )( 2

2

sPbI H2O

22 ]I][[Pb psK

Calculo de Kps a partir Solubilidad


reserved.

Una muestra de 1.0-L de una solucion saturada de oxalato de calcio, CaC2O4, contiene 0.0061-g de la sal a 25 oC. Calcular Kps para esta sal a 25 oC. Primero convertir la solubilidad de g/l a moles/l

42

424242

OCaC g128

OCaC mol 1)L/OCaC g 0061.0(OCaC M

L/OCaC olm 108.4 425

Cálculo de Kps a partir Solubilidad


reserved.

Cuando 4.8 x 10-5 mol del sólidos se disuelve

éste forma 4.8 x 10-5 moles de cada ión.

(ac)OC(ac)Ca )(2

42

2

42

sOCaC H2O

4.8 x 10-5

+4.8 x 10-5

0 0 Inicio

4.8 x 10-5 Equilibrio

+4.8 x 10-5 Cambio



reserved.

.

Entonces:

]OC][[Ca2

42

2 psK

)108.4)(108.4( 55 Kps9103.2 psK



reserved.

En un experimento, se encuentra que 1.2 x 10-3 mol de Ioduro de plomo(II) , PbI2, se disuelve en 1.0 L de agua a 25 oC.Calcule el Kps a esta temperatura.



reserved.

Inicio 0 0 Cambio +1.2 x 10-3 +2 x (1.2 x 10-3)

Equilibrio 1.2 x 10-3 2 x (1.2 x 10-3)

.

(aq)2I(aq)Pb )s(PbI

22

H2O



reserved.

:

22sp ]I][[PbK

233sp ))102.1(2)(102.1(K

9sp 109.6K

Cálculo de Solubilidad a partir de Kps


reserved.

El mineral fluorita es fluoruro de calcio, CaF2. Calcule la solubilidad (en gramos por litro) de fluoruro de calcio en agua si Ksp 3.4 x 10-11

. 43

11-

100.24

103.4x

sp22

K]F][[Ca

112104.3(x)(2x)

Cálculo de Solubilidad a partir de Kps


reserved.

Convertir g/L (CaF2 78.1 g/mol).

2

24

CaF 1

CaF 1.78/100.2dsolubilida

mol

gLmol

L/CaF g106.1 22

Solubilidad y efecto del ión común


reserved.

La importancia del Kps llega a ser aparente

cuando se considera la disolución de una sal en

otra sal que contenga el mismo catión.

Solubilidad y efecto del ion común


reserved.

Por ejemplo , si queremos determinar la

solubilidad del oxalato de calcio en una

solución de cloruro de calcio .

Cada sal contribuye con el mismo catión (Ca2+)

El efecto es hacer que el oxalato de calcio sea

menos soluble de lo que podría ser en agua

pura.

Un problema para considerar


reserved.

Determine la solubilidad molar del oxalato de calcio en 0.15 M de cloruro de calcio.El Kps para el oxalato de calcio es 2.3 x 10-9.

Notar que antes de disolverse el oxalato de calcio

ya tenia una concentración de 0.15 M de iones

Ca2+ en la solución.

(ac)OC(ac)Ca )(2

42

2

42

sOCaC H2O

0.15+x

+x

0.15 0

Inicio

x Equilibrio

+x Cambio



reserved.

.

Sustituimos la constante de equilibrio

psK ]OC][[Ca

2

42

2

9103.2)x)(x15.0(



reserved.

Ahora reacomodamos la ecuación :

x15.0

103.2x

9

15.0

103.29

8105.1x



reserved.

En agua pura , la molaridad fue 4.8 x 10-5 M,

lo cual es 3000 veces más.

Por lo tanto , la solubilidad molar del oxalato

de calcio en 0.15 M CaCl2 es 1.5 x 10-8 M.

Predicción de las reacciones de precipitación


reserved.

.

Criterio para Precipitacion


reserved.

Para determinar si un sistema en equilibrio se desplaza hacia la reacción reversa es necesario evaluar el cociente de reacción, Qc.

Para predecir la dirección de la reacción , se debe

comparar Qc con Kc .

El cociente de reacción tiene la misma forma para

la expresión de Kps , pero las concentraciones de

los productos son valores iniciales.

Criterio para Precipitación


reserved.

Considerar el siguiente equilibrio:

(ac)2Cl(ac)Pb )( 2

2

sPbCl H2O



reserved.

La expresión de Qc es:

22c ]Cl[][PbQ ii

Donde las concentraciones iniciales son

denotadas por i.



reserved.

Si Qc excede el valor de Kps, la precipitación

ocurre.

Si Qc es menor que Kps, mas soluto puede

disolverse

Si Qc es igual a Kps, la solución esta saturada.

Prediciendo si la precipitación ocurrirá


reserved.

La concentración del ión calcio en el plasma sanguíneo es 0.0025 M. Si la concentración del ion oxalato es 1.0 x 10-7 M, prediga si el oxalato de calcio precipita. Kps para oxalato de calcio es 2.3 x 10-9.

El cociente de producto ionico es , Qc,:

ii ]OC[][Ca2

42

2 cQ

)10(1.0(0.0025)Q7-

c

sp10-

c K102.5Q

No se espera que haya precipitado

Separación de los iones por precipitación fraccionada


reserved.

Precipitación fraccionada es una técnica que consiste en separar dos o más iones de una solución añadiendo un reactante que precipite primero a un ión luego a otro y asi sucesivamente.

Por ejemplo , cuando se agrega lentamente

cromato de potasio, K2CrO4, a una solución que

contiene Ba2+ y Sr2+, cromato de bario precipita

primero.


reserved.

Despues que el ion Ba2+ haya precipitado ,

cromato de estroncio empieza a precipitar

Es entonces posible separar Ba2+ de Sr2+ por

precipitación fraccionada usando K2CrO4.

Efecto del PH en la solubilidad


reserved.

A veces es necesario tener en cuenta otras reacciones de iones acuosos.

Por ejemplo, si el anión es la base conjugada

del ácido débil, éste reaccionará con H3O+.

Se espera que la solubilidad sea afectada por el

pH.

Effect of pH on Solubility


reserved.

Considerar el siguiente equilibrio.

(ac)OC(ac)Ca )(

2

42

2

42

sOCaCH2O

El ion oxalato es el conjugado del ácido débil

(HC2O4-), éste reaccionará con H3O

+.

O(l)H(ac)OHC (ac)OH )(OC 2423

2

42

acH2O

Effect of pH on Solubility


reserved.

. De acuerdo al principio de Le Chatelier , como

el ión C2O42- es removido por la reacción con

H3O+, mas oxalato de calcio se disolverá .

Por lo tanto se espera que el oxalato de calcio sea

más soluble en una solución ácida (a bajo pH)

que en una solución de agua pura.

Equilibrio de los iones complejos


reserved.

Muchos iones metálicos, especialmente los metales de transición, forman enlaces covalentes coordinados con moléculas o aniones que tienen un par de electrones libres.

Este tipo de formación de enlace es la reacción

acido base Lewis .



reserved.

Por ejemplo , El ion plata , Ag+, puede reaccionar con

amoníaco para formar el ión Ag(NH3)2+ .

)NH:Ag:NH()NH(:2Ag 333



reserved.

El ión acuoso de plata forma un ión complejo con el amoniaco en dos pasos:

)()( (ac))( 33 acNHAgNHacAg

)()( (ac))()( 2333 acNHAgNHacNHAg

Cuando sumamos estas ecuaciones se tiene la ecuación

de formación de Ag(NH3)2+.

)()( (ac)2)( 233 acNHAgNHacAg



reserved.

La constante de formación, Kf , es la constante de equilibrio para la formación de iones complejos de un ión metalico acuoso y un ligando .

La constante de formación del Ag(NH3)2+ es:

23

23f

]NH][Ag[

])NH(Ag[K

El valor de Kf para Ag(NH3)2+ es 1.7 x 107.



reserved.

Valores altos de la constante de formación Kf

significa que el ión complejo es muy estable.

Cuando se añade una cantidad grande de NH3 a

una solución de Ag+, se espera que más iones

Ag+ reaccionen para formar el ión complejo.

.



reserved.

La constante de disociación, Kd , es el recíproco o inverso del valor de Kf.

La ecuación para la disociación de Ag(NH3)2+ es

(ac)2)( )()( 323 NHacAgacNHAg

La ecuación para la constante de equilibrio es :

])NH(Ag[

]NH][Ag[

K

1K

23

23

f

d

Cálculos de equilibrio con Kf


reserved.

Determine la concentración del ión Ag+(ac) en 0.010 M de AgNO3 que es también 1.00 M NH3. El Kf para Ag(NH3)2

+ es 1.7 x 107.

En 1.0 L de solución, inicialmente se tiene

0.010 mol Ag+(ac) de AgNO3.

Este reacciona para dar 0.010 mol de

Ag(NH3)2+,quedando (1.00- (2 x 0.010)) = 0.98 mol

NH3.

Ahora para la disociación de Ag(NH3)2+ :



reserved.

La siguiente tabla muestra los datos para el

equilibrio de disociación:

Inicio 0.010 0 0.98

Cambio -x +x +2x

Equilibrio 0.010-x x 0.98+2x

(aq)NH2)aq(Ag )aq()NH(Ag 323



reserved.

La constante de disociación será:

f

d

23

23

K

1K

])NH(Ag[

]NH][Ag[


reserved.

7

2

107.1

1

)010.0(

)298.0)((

x

xx



reserved.

Si asumimos que x es pequeño comparado con

0.010 y 0.98, entonces

8

2

109.5)010.0(

)98.0)(x(



reserved.

Luego

10

)98.0()010.0(8

101.6109.5x 2

La concentración de ion plata es 6.1 x 10-10 M.

Análisis cualitativo


reserved.

Análisis cualitativo involucra la determinación de los iones presentes en una disolución .

En un esquema para análisis cualitativo de un ión

metálico , el catión es usualmente detectado por la

presencia de un precipitado característico.

En la siguiente figura se resumen como los

iones metálicos en solución acuosa son

separados en cinco grupos analíticos.

Figure 18.8

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