Tras estudiar el equilibrio ácido/base, pasamos ahora a estudiar las peculiaridades de otro tipo de equilibrio químico: la solubilidad o precipitación.
Como se indica en el vídeo teórico, es importante haber asimilado bien algunos conceptos del tema de disoluciones para entender correctamente esta materia.
Complemento: productos de solubilidad
Consulta este apéndice.
Ejercicios
"Se prepara una disolución de 500cc de una disolución acuosa saturada de carbonato cálcico. La disolución se hierve y se evapora todo el agua, quedando un residuo de carbonato de 3,5 mg. Calcula el producto de solubilidad y la solubilidad de esta sal."
Planteamos el equilibrio de solubilidad del CaCO3:
Antes de evaporar el agua, esos 3,5mg de CaCO3 estaban en disolución saturada, este dato nos indica precisamente que un volumen de 500cc de agua admite como máximo 3,5mg de CaCO3, pasamos esos datos a moles:
observando el equilibrio, vemos que cada mol de CaCO3 genera un mol de Ca2+ y otro mol de CO32-, es decir, una estequiometría 1:1, por tanto, esos moles de CaCO3 en realidad están repartidos entre sus iones constituyentes, es decir, que en la disolución saturada tendremos 3,5·10-5 moles de Ca2+ y 3,5·10-5 moles de CO32-, de esta forma ya podemos calcular el producto de solubilidad Ks:
aunque como vemos en la tabla adjunta, los valores de Ks se suelen expresar más a menudo usando el pKs: Solución: pKs = 8,31
para calcular la solubilidad utilizamos el valor de Ks ya calculado:
de donde despejamos fácilmente la solubilidad s = 7·10-5 mol/L, aunque la solubilidad se suele dar más a menudo en unidades de g/L:
Solución: s = 7·10-3 g/L
"La solubilidad del fosfato de plata es de 6,5·10-3 g/L. Calcular su producto de solubilidad."
Expresamos la solubilidad de la sal en mol/L:
Planteamos el equilibrio de precipitación de la sal con su correspondiente balance:
inicio: x - -
fin x-s 3s s
conociendo el valor de la solubilidad s, podemos calcular ya el producto de solubilidad Ks:
operando resulta que Ks = 1,56·10-18, pero es más habitual expresar ese resultado con el pKs: Solución: pKs = 17,8
"Para lavar un precipitado de sulfato de bario se utilizan dos métodos: a) con 100cc de agua pura, b) con 100cc de una disolución de ácido sulfúrico 0,01M. Calcular en ambos casos los gramos de sal que se pierden en el lavado."
Planteamos el equilibrio de solubilidad y realizamos su correspondiente balance para el caso a) suponiendo que esos 100cc de agua quedarán saturados de BaSO4:
inicio x - -
fin x-s s s
para el caso a) es muy fácil calcular la solubilidad s, es decir, la cantidad de BaSO4 que se va a disolver en el agua pura:
de donde deducimos que la solubilidad s del BaSO4 es de 1,05·10-5mol/L. De esa forma podemos calcular los g de BaSO4 que se van a perder/disolver en 100cc de agua:
para el apartado b) planteamos el mismo equilibrio de precipitación, pero ahora las condiciones iniciales varían ligeramente:
inicio x - 0,001
fin x-s s 0,001+s
ahora tenemos 0,001 moles de sulfato, que vienen íntegramente de los 100cc de disolución 0,01M del correspondiente ácido fuerte, por lo que los moles en el equilibrio de precipitación no van a ser los mismos que en la situación del apartado b). Planteamos de nuevo la expresión del producto de solubilidad:
de donde podemos despejar la nueva solubilidad: s = 1,09·10-7mol/L, que de nuevo habrá que trabajarla para calcular los g de BaSO4 que se perderán/disolverán en los 100cc de ácido:
nótese la diferencia de solubilidades del BaSO4 para una disolución de agua pura y una disolución de un ácido fuerte cuya base conjugada resulta ser el anión de la propia sal, en este último caso la solubilidad de BaSO4 es menor porque la disolución ya contiene de antemano uno de los iones involucrados en el equilibrio de precipitación, el ion sulfato.
A esta disminución de la solubilidad de una sal por la presencia inicial de uno de sus iones se denomina efecto del ion común.
"Calcular la concentración de ion floruro de una disolución saturada de fluoruro de calcio."
Planteamos el equilibrio de precipitación con su correspondiente balance:
inicial x - -
final x-s s 2s
comprobamos que [F-] será igual al doble de la solubilidad de la sal según este balance, utilizando la expresión de Ks es fácil despejar s, y por tanto [F-]:
por tanto, [F-] será el doble de ese valor, de acuerdo al balance del equilibrio: Solución: [F-] = 2,2·10-3M
"Calcular la nueva concentración de ion floruro si la disolución anterior cuenta además con cloruro cálcico 0,2M."
Como se indica en el vídeo teórico, es importante haber asimilado bien algunos conceptos del tema de disoluciones para entender correctamente esta materia.
Complemento: productos de solubilidad
Consulta este apéndice.
Ejercicios
"Se prepara una disolución de 500cc de una disolución acuosa saturada de carbonato cálcico. La disolución se hierve y se evapora todo el agua, quedando un residuo de carbonato de 3,5 mg. Calcula el producto de solubilidad y la solubilidad de esta sal."
Planteamos el equilibrio de solubilidad del CaCO3:
Antes de evaporar el agua, esos 3,5mg de CaCO3 estaban en disolución saturada, este dato nos indica precisamente que un volumen de 500cc de agua admite como máximo 3,5mg de CaCO3, pasamos esos datos a moles:
observando el equilibrio, vemos que cada mol de CaCO3 genera un mol de Ca2+ y otro mol de CO32-, es decir, una estequiometría 1:1, por tanto, esos moles de CaCO3 en realidad están repartidos entre sus iones constituyentes, es decir, que en la disolución saturada tendremos 3,5·10-5 moles de Ca2+ y 3,5·10-5 moles de CO32-, de esta forma ya podemos calcular el producto de solubilidad Ks:
aunque como vemos en la tabla adjunta, los valores de Ks se suelen expresar más a menudo usando el pKs: Solución: pKs = 8,31
para calcular la solubilidad utilizamos el valor de Ks ya calculado:
de donde despejamos fácilmente la solubilidad s = 7·10-5 mol/L, aunque la solubilidad se suele dar más a menudo en unidades de g/L:
Solución: s = 7·10-3 g/L
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"La solubilidad del fosfato de plata es de 6,5·10-3 g/L. Calcular su producto de solubilidad."
Expresamos la solubilidad de la sal en mol/L:
Planteamos el equilibrio de precipitación de la sal con su correspondiente balance:
fin x-s 3s s
conociendo el valor de la solubilidad s, podemos calcular ya el producto de solubilidad Ks:
operando resulta que Ks = 1,56·10-18, pero es más habitual expresar ese resultado con el pKs: Solución: pKs = 17,8
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"Para lavar un precipitado de sulfato de bario se utilizan dos métodos: a) con 100cc de agua pura, b) con 100cc de una disolución de ácido sulfúrico 0,01M. Calcular en ambos casos los gramos de sal que se pierden en el lavado."
Planteamos el equilibrio de solubilidad y realizamos su correspondiente balance para el caso a) suponiendo que esos 100cc de agua quedarán saturados de BaSO4:
fin x-s s s
para el caso a) es muy fácil calcular la solubilidad s, es decir, la cantidad de BaSO4 que se va a disolver en el agua pura:
de donde deducimos que la solubilidad s del BaSO4 es de 1,05·10-5mol/L. De esa forma podemos calcular los g de BaSO4 que se van a perder/disolver en 100cc de agua:
Solución a) se perderán 2,45·10-4g de sal
para el apartado b) planteamos el mismo equilibrio de precipitación, pero ahora las condiciones iniciales varían ligeramente:
fin x-s s 0,001+s
ahora tenemos 0,001 moles de sulfato, que vienen íntegramente de los 100cc de disolución 0,01M del correspondiente ácido fuerte, por lo que los moles en el equilibrio de precipitación no van a ser los mismos que en la situación del apartado b). Planteamos de nuevo la expresión del producto de solubilidad:
de donde podemos despejar la nueva solubilidad: s = 1,09·10-7mol/L, que de nuevo habrá que trabajarla para calcular los g de BaSO4 que se perderán/disolverán en los 100cc de ácido:
Solución b) se perderán 2,54·10-6g de sal
nótese la diferencia de solubilidades del BaSO4 para una disolución de agua pura y una disolución de un ácido fuerte cuya base conjugada resulta ser el anión de la propia sal, en este último caso la solubilidad de BaSO4 es menor porque la disolución ya contiene de antemano uno de los iones involucrados en el equilibrio de precipitación, el ion sulfato.
A esta disminución de la solubilidad de una sal por la presencia inicial de uno de sus iones se denomina efecto del ion común.
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"Calcular la concentración de ion floruro de una disolución saturada de fluoruro de calcio."
Planteamos el equilibrio de precipitación con su correspondiente balance:
final x-s s 2s
comprobamos que [F-] será igual al doble de la solubilidad de la sal según este balance, utilizando la expresión de Ks es fácil despejar s, y por tanto [F-]:
por tanto, [F-] será el doble de ese valor, de acuerdo al balance del equilibrio: Solución: [F-] = 2,2·10-3M
"Calcular la nueva concentración de ion floruro si la disolución anterior cuenta además con cloruro cálcico 0,2M."
CaCl2 es una sal totalmente soluble en agua, por lo que estará disociada totalmente en sus respectivos iones, uno de ellos, Ca2+, coincide con uno de los iones de nuestra sal insoluble original, el CaF2, por lo que tenemos de nuevo una situación de ion común, lo que nos alterará el balance del equilibrio de precipitación:
inicial: x 0,2 -
final: x+s 0,2+s 2s
[F-] en el equilibrio volverá a ser el doble de la solubilidad s, pero ésta será ahora diferente a la anterior por la presencio del ion común, el Ca2+:
vemos que de nuevo la solubilidad de la sal disminuye por el efecto del ion común, la nueva [F-] será otra vez el doble de s: Solución: [F-] = 1,62·10-4M
"Calcular la concentración de ion calcio si la disolución original cuenta además con fluoruro sódico 0,2M."
NaF es otra sal totalmente soluble en agua que se disociará completamente en sus respectivos iones, uno de ellos, F-, coincide con uno de los iones de nuestra sal insoluble original, el CaF2, por lo que tenemos de nuevo una situación de ion común, lo que nos alterará el balance del equilibrio de precipitación:
inicial: x - 0,2
fin: x-s s 0,2+2s
ahora [Ca2+] será exactamente igual a la nueva solubilidad:
Solución: [Ca2+] = 1,3·10-7M
No entiendo en el ejercicio de los lavados por qué pones 0,001 moles y lo sumas a la solubilidad y en el último( cuando añades por ejemplo CaCl2) sumas la concentración directamente. ¿Por qué en el de los lavados que es el penúltimo, no has sumado la concentración 0,01M?
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