EQUILIBRIO DE SOLUBILIDAD - IONES COMPLEJOS Copyright © by Houghton Mifflin Company. All rights reserved
Jul 26, 2015
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
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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
La constante de producto de Solubilidad
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La constante de equilibrio para este proceso es
denominado constante de producto de
solubilidad.
]OC][[Ca2
42
2 psK
La constante de producto de Solubilidad
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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.
La constante de producto de Solubilidad
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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
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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
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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
Cálculo de Kps a partir Solubilidad
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.
Entonces:
]OC][[Ca2
42
2 psK
)108.4)(108.4( 55 Kps9103.2 psK
Cálculo de Kps a partir Solubilidad
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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.
Cálculo de Kps a partir Solubilidad
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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
Cálculo de Kps a partir Solubilidad
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:
22sp ]I][[PbK
233sp ))102.1(2)(102.1(K
9sp 109.6K
Cálculo de Solubilidad a partir de Kps
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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
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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
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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
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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
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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
Un problema para considerar
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.
Sustituimos la constante de equilibrio
psK ]OC][[Ca
2
42
2
9103.2)x)(x15.0(
Un problema para considerar
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Ahora reacomodamos la ecuación :
x15.0
103.2x
9
15.0
103.29
8105.1x
Un problema para considerar
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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
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.
Criterio para Precipitacion
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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
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Considerar el siguiente equilibrio:
(ac)2Cl(ac)Pb )( 2
2
sPbCl H2O
Criterio para Precipitación
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La expresión de Qc es:
22c ]Cl[][PbQ ii
Donde las concentraciones iniciales son
denotadas por i.
Criterio para Precipitación
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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. 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
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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 .
Equilibrio de los iones complejos
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Por ejemplo , El ion plata , Ag+, puede reaccionar con
amoníaco para formar el ión Ag(NH3)2+ .
)NH:Ag:NH()NH(:2Ag 333
Equilibrio de los iones complejos
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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
Equilibrio de los iones complejos
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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.
Equilibrio de los iones complejos
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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.
.
Equilibrio de los iones complejos
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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
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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+ :
Cálculos de equilibrio con Kf
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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
Cálculos de equilibrio con Kf
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La constante de disociación será:
f
d
23
23
K
1K
])NH(Ag[
]NH][Ag[
Cálculos de equilibrio con Kf
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Si asumimos que x es pequeño comparado con
0.010 y 0.98, entonces
8
2
109.5)010.0(
)98.0)(x(
Cálculos de equilibrio con Kf
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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
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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.