Equilibrio de Solubilidad y Precipitación. Producto de Solubilidad

Producto de solubilidad, Equilibrio de precipitación, Presencia de sólidos, Factores que afectan a la solubilidad.

Antes de empezar a explicarte el equilibrio de precipitación y el producto  de solubilidad, primero tienes que entender  el concepto de solubilidad.

Para eso vamos a empezar con las diferencias entre una disolución saturada, una precipitada y cuando se establece el equilibrio.

Disoluciones Saturadas, Insaturadas y Precipitadas

Una disolución está compuesto un soluto que normalmente se encuentra en estado sólido y un disolvente que normalmente se encuesta en estado líquido y en general es el agua.

Las disoluciones de sales pueden estar:

• Insaturadas.
• Saturadas.
• Precipitadas.

 

Una Disolución Insaturada:

Admite más soluto en disolución. Se producto por ejemplo cuando echas un poco de azúcar en un litro de agua.

Las partículas de azúcar (soluto) están tan diluidas o disueltas en el disolvente (agua) que casi ni las puedes ver.

En realidad, podrías echar más azúcar y aun permanecería en solución, es decir, no  se quedaría en el fondeo del recipiente precipitado.

 

Una Solución está Saturada

Cuando no admite más soluto. Es decir, has echado más azúcar y llega un punto que si te pasas, el azúcar precipita y se queda abajo pegado a la taza.

Estas disoluciones saturadas se dice que están en equilibrio (ya recordarás el tema de equilibrio químico con sus constantes kc y kp)

Una Disolución Precipita

Cuando has echado medio bote azúcar y se ha quedado abajo del recipiente precipitado.

Eso me pasa a mí con el café, que me gusta echarle dos sobres de azúcar (ya sé que soy una exagerada).

Cuando termino de tomarme en café, me como con la cuchara el azúcar que se ha quedado precipitado en el fondo de la taza.

 

Eso es porque no se ha podido disolver el azúcar por completo en el café.

Cuanto más caliente esté el café, más cantidad de azúcar se podrá disolver.

Y eso  es porque  la temperatura es un factor que aumenta la disolución, al igual que la agitación, pero eso lo veremos luego.

Una vez que ya has entendido esto, podemos pasar a explicar que es la solubilidad.

 

Definición y Cálculo de la Solubilidad de una Sal

La solubilidad de un soluto es la cantidad máxima que se puede disolver antes de que precipite.

La solubilidad, como ya te he comentado, depende de la temperatura.

Si alguna vez te has preparado un cola cao, ya te habrás dado cuenta de que en leche fría al cacao el cuesta bastante disolverse, mientras que si calientas la leche se mezcla muchísimo mejor.

 

Pero no todos los compuestos se disuelven de la misma manera en disolventes.

Por ejemplo, la mayoría de las sustancias iónicas son solubles en agua. Cuando disolvemos en agua un compuesto iónico, este de disocia en un ion potasio (catión) y un ion negativo (anión).

Aquí puedes ver la disolución del yoduro de sodio:

En este caso se disocia en el catión sodio (el +1 corresponde a su valencia iónica) y en el anión ioduro.

En los compuestos con solubilidad pequeña, que son prácticamente insolubles, ocurre un equilibrio entre los iones en disolución (en fase acuosa) y la sal precipitada en fase sólida.

Este equilibrio se representa siempre con una doble flecha:

Como todos los equilibrios químicos, este también tiene una constate que únicamente depende dela temperatura.

Pero en lugar de llamarse kc, como en el caso de equilibrio de concentraciones, o kp (como en el caso de equilibrio de presiones) o ka (como en el caso de equilibrio acido) se llama kps o ks.

Esta es la constante del producto de solubilidad de la que ya te hablaré después.

Un ejemplo de reacción de precipitación es la del cloruro de plata que es un sólido blanco.

Este precipitado insoluble se forma al agregar a una disolución de nitrato de plata en estado acuoso, otra de cloruro potásico

En esta disolución saturada de sal de cloruro de plata, como no se puede disolver más soluto, se da un equilibrio de solubilidad, con su constate de solubilidad kps o ks.

En este equilibrio están presentes la sal precipitada de cloruro argentico en formula soluto y la disolución satura en forma de iones.

Medidas de la Solubilidad de un Precipitado

La  solubilidad es la concentración de estos iones y se escribe con la letra s.

Sus unidades se pueden expresar como cualquier concentración en gramos/litro, es decir, gramos de soluto disueltos en 1 L de disolución saturada

O también como solubilidad molar en (mol/l), es decir: Moles de soluto disueltos en 1 L de disolución saturada.

 

Producto de Equilibrio de Solubilidad: Ks o kps

El producto de solubilidad es una constante que, al igual que kc y kp en el equilibrio químico,  tiene unos valores determinados para cada compuesto.

Estos valores están tabulados a temperatura estándar, es decir, 25 grados centígrados o 298k

Esta es la constante de equilibrio para el proceso de disolución de un sólido precipitado disociado en sus correspondientes iones:

La constate de solubilidad kps se escribe como el producto de las concentraciones de los iones elevadas a sus coeficientes estequiométricos (de la misma manera que en las constantes de concentración kc o en kp)

Al igual que en el equilibro acido base, los ácidos que tenían valores grandes de su constante ka eran ácidos fuertes, en el equilibrio de precipitación, las sales que tienen valores del producto de solubilidad kps grandes son muy solubles.

 

Fórmula del Producto de Solubilidad.

La relación entre solubilidad y producto de solubilidad viene dado por la fórmula:

Donde n y m son los coeficientes estequiométricos que resultan al ajustar la reacción.

Recuerda indicar claramente los estados:

• S: para el precipitado solido
• Aq: para los iones en la disolución saturada en estado acuoso.

 

Calculo del producto de solubilidad a partir de las solubilidades de los iones en disolución

Para calcular la constante de solubilidad únicamente tienes que utilizar esta fórmula:

Por ejemplo, en una disolución de sulfato de bario saturada:

El producto de solubilidad seria:

Recuerda, que como cualquier constante de equilibrio, el valor del producto de solubilidad no cambia salvo con la temperatura (por eso se le llama constante)

Ejercicio Resuelto para calcular el Producto de Solubilidad

Aquí tienes un ejercicio resuelto de cómo se calcula el producto de solubilidad a partir de los datos de solubilidad molar:

Calculo de la Solubilidad a partir del Producto de Precipitación

Este es el caso contrario:

En el problema te dan los datos de solubilidades en gramos/litro o en mol/litro y tienes que calcular la constante o producto de solubilidad.

La fórmula es la misma que en el caso de anterior (porque solo hay una formula).

Se trata de despejar:

• Aplicando la fórmula del producto de solubilidad:

• Ya solo te queda despejar la solubilidad s:

Parece lioso pero porque esta con letras en lugar de números.

Recuerda que las letras son los coeficientes estequiométricos al ajustar la reacción

Ya verás como con un ejemplo lo ves más claro:

Ejercicio Resuelto para calcular la solubilidad con el Producto de Solubilidad

¿Cómo saber si se forma precipitado en una disolución?

Para resolver los problemas en los que te preguntan si la sal precipita o no precipita,  tenemos que calcular Qps.

Qps es el producto de las concentraciones de los iones con los datos que te dan en el ejercicio.

El valor de Qps hay que compararlo con el del producto de solubilidad kps:

Problema resuelto para saber si se forma precipitado:

Aquí te dejo un problema resuelto para calcular si se formará o no precipitado:

Factores que afectan a la Solubilidad

El equilibrio de solubilidad se ve afectado por dos factores: la temperatura y el efecto del ion común.

• La temperatura

Ya te había dicho que el único factor que puede cambiar el valor de la constante de solubilidad es la temperatura.

De esta manera:

Si aumenta la temperatura, aumentará la solubilidad de la sal en agua, es decir, el valor de s.

Y al contrario, si disminuye la temperatura la sal será más insoluble.

 

• Efecto del ion común

Al añadir un compuesto que tenga iones comunes con los presentes en el equilibro de solubilidad  de la sal, disminuye la solubilidad.

Esto se explica con el principio de LeChatelier que ya viste en equilibrio químico:

Ya que cuando añades un ion común estas modificando la concentración de uno de los iones en la fórmula de kps

• Según Lechatelier, cuando aumenta la concentración de uno de los iones de la disolución saturada, el equilibrio de desplaza hacia la izquierda para contrarrestar este cambio.

Es decir, se desplaza en la dirección de precipitado sólido, con lo que disminuye la solubilidad (el valor de s)

Sin modificar el valor de la constante de solubilidad.

• Sin embargo, si elimina parte de la concentración de algún ion en disolución, el equilibro se desplazará hacia la derecha, con lo cual la sal en estado sólido se disolverá.

Ejercicio Resuelto del Efecto del Ión Común en la Solubilidad

Puedes ver el efecto del ión común en la solubilidad con este problema resuelto:

De esta manera, las disoluciones que contengan iones hidróxido en disolución están afectadas por el ph debido al efecto del ion común.

Esto lo puedes comprobar en los siguientes ejemplos resueltos:

Problemas Resueltos Efecto del pH en Solubilidad y Precipitación

 

Precipitación selectiva de Sales en Disolución acuosa

Mediante la precipitación se puede separar una mezcla de cationes según los valores del producto de solubilidad y la cantidad de anión que se añada.

Si se hace modificando el pH, se pueden conseguir precipitados de hidróxido insolubles:

Puedes ver un ejemplo de precipitación fraccionada de cationes en el siguiente ejercicio resuelto:

Ejemplo Resuelto de Precipitación Fraccionada

Ejercicio de precipitación selectiva de sales:

Se analiza una muestra de agua de mar  con una concentración 0,05 M en cationes Mg2+(aq) y 0,01 M en cationes Ca2+(aq).

1. a) Indica el orden de precipitación fraccionada de cada uno de esos iones al añadir NaOH.
2. b) Calcula la concentración de OH al comenzar la precipitación.

Datos:

Kps[Mg(OH)2 ] = 1,8 × 10−11

Kps [Ca(OH)2 ] = 8,0 × 10−6

Supón que no hay cambio de volumen al añadir el hidróxido sódico.

 

Solubilidad y Precipitación Ejercicios y Exámenes Resueltos

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El tema de solubilidad es un tipo de equilibrio como el de ácido base, con lo cual si quieres entenderlo bien te aconsejo que revises el resumen de equilibrio químico (oreka kimikoa).

Como ya sabes, Dnota10 esta destinado a proporcionar ayuda para segundo de bachillerato y  para aprobar la selectividad de química.