Apunte 7 Equilibrio de Solubilidad Kps Quimica General PDF

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Summary

TEMAS POR UNIDAD
1. Estructura atómica y tabla periódica
2. Uniones químicas
3. Formula y ecuaciones, estequiometria
4. Soluciones
5. Termodinámica química
6. Equilibrio químico
7. Equilibrio acido-base, pH, equilibrio de solubilidad
8. Reacciones de o...

Description

Química- Ing. de Sistemas Apunte 7: Equilibrio de Solubilidad Las reacciones de precipitación son importantes en la industria, la medicina y la vida diaria. Por ejemplo, la preparación de muchos productos químicos industriales esenciales como el carbonato de sodio (Na2CO3) se basa en reacciones de precipitación. El sulfato de bario (BaSO4), un compuesto insoluble opaco a los rayos X, se utiliza para el diagnóstico de trastornos del tracto digestivo. Para desarrollar un enfoque cuantitativo partimos de lo que conocemos acerca del equilibrio químico. A menos que se señale otra cosa, se sobreentiende que el disolvente es agua y la temperatura es de 25°C para los procesos de solubilidad que a continuación se describen. 1. Producto de Solubilidad (Kps) Denominaremos solubilidad de un soluto, en un determinado disolvente y a una temperatura fija, a la concentración que tiene el soluto en una disolución saturada. Una solución saturada es aquella en la cual se encuentra en equilibrio el soluto disuelto con su precipitado sólido. Considere una disolución saturada de cloruro de plata que está en contacto con cloruro de plata sólido. El equilibrio de solubilidad se representa como: AgCl(s) ⇌ Ag+ (ac) + Cl- (ac) El cloruro de plata es una sal insoluble. Es válido suponer que la pequeña cantidad de AgCl sólido que se disuelve en agua se disocia por completo en iones Ag + y Cl-. Podemos escribir la constante de equilibrio para la disolución de AgCl como: Kps = [Ag+][Cl-] Donde Kps se conoce como la constante del producto de solubilidad o simplemente el producto de solubilidad. En general, el producto de solubilidad de un compuesto es el producto de las concentraciones molares de los iones constituyentes, cada una elevada a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio. Puesto que cada unidad de AgCl contiene un ion Ag + y un ion Cl-, la expresión de su producto de solubilidad es particularmente fácil de escribir. Para el caso del Ag2CO3 Ag2CO3(s) ⇌ 2Ag+(ac) + CO32- (ac)

Kps = [Ag+]2 [CO32-]

Entonces: AmBn (s) ⇌ mAn+ (ac) + nBm- (ac) Kps = [An+]m [Bm-]n 1

Química- Ing. de Sistemas El valor de Kps es siempre el mismo para una sustancia a una determinada temperatura. Los valores de Kps están tabulados a 25 °C. 2. Producto iónico (Q) Para las concentraciones de iones que no corresponden a condiciones en el equilibrio utilizamos el cociente de reacción, que en este caso se denomina producto iónico (Q), para predecir si se formará un precipitado AB. Advierta que Q tiene la misma forma de Kps, excepto que las concentraciones de los iones no son concentraciones en el equilibrio. AB (s) ⇌ A+ (ac) + B- (ac) Q = [A+]0[B-]0 Q < Kps disolución insaturada (sin precipitación) Q = Kps disolución saturada (sin precipitación) Q > Kps disolución sobresaturada (precipitará la sal hasta que el producto de las concentraciones iónicas sea igual a Kps) 3. Unidades y Cálculo de la Solubilidad (S) Hay dos formas de expresar la solubilidad (S) de una sustancia: una es como el número de moles de soluto en un litro de una disolución saturada (mol/L), y otro es como el número de gramos de soluto en un litro de una disolución saturada (g/L). Observe que ambas expresiones se refieren a la concentración en disoluciones saturadas a una temperatura determinada (que suele ser de 25 °C). En la mayoría de los problemas que se verán en la práctica hablaremos de S en unidades de mol/L. Para una sal poco soluble, cuya parte disuelta está totalmente disociada en sus iones de la forma: AB (s) ⇌ A+ (ac) + B- (ac) La solubilidad en mol/L, que representaremos con S, será igual a la concentración del catión A+ y del anión B-, dado que por cada mol de AB disuelto se origina un mol de A+ y otro de B-: AB (s) ⇌ A+ (ac) + B- (ac) S

S

Luego S = [A+ ] = [B- ], como Kps = [A+] [B-], si sustituimos Kps = S.S = S2 S =(Kps)1/2 En general, si tenemos una sal poco soluble: AmBn (s) ⇌ mAn+ (ac) + nBm- (ac)

2

Química- Ing. de Sistemas Por cada mol de sal que se disuelve obtendremos m moles de An+ y n moles de Bm-. Si en lugar de disolverse un mol tenemos S moles, se obtendrán m.S moles de A n+ y m.S moles de Bm-:

AmBn (s) ⇌

mAn+ (ac) + nBm- (ac) m.S

n.S

Luego [An+] = m.S [Bm- ] = n.S Como Kps = [An+]m [Bm-]n Kps = (m.S)m . (n.S)n

Veamos un ejemplo: Consideremos la solubilidad del CaSO4 que es 0.67 g/L. Calcule el valor de Kps para el sulfato de calcio. PM CaSO4 = 136.2 g/mol. Lo primero es pasar la solubilidad de g/L a mol/L: S=

0.67 g/L = 4.9x10-3 mol/L 136.2 g/mol

Una vez que tenemos el valor de S en mol/L usamos el método ICE y planteamos:

CaSO4(s) Inicial (M):

⇌

Ca2+ (ac) 0

Cambio(M):

-S

+S

SO42- (ac)

+ 0

+S

------------------------------------------------------------------------------------------------Equilibrio(M)

S

S

El producto de solubilidad, Kps es: Kps = [Ca2+][SO42-] = S2 = (4.9x10-3 mol/L)2 3

Química- Ing. de Sistemas Kps= 2.4x10-5 El Kps al igual que las constantes de equilibrio que vimos anteriormente, no tienen unidades. Cuando nos hablan de pKps indica que se aplica la función logarítmica en base 10 al Kps:

-log Kps= pKps Kps= 10-pKps

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