Universidade Federal de Ouro Preto Instituto de Ciências Exatas e BiológicasQUI 326 – Química Analítica Equilíbrio de solubilidade Profa. Dra. Fabiana Lobo 1 SOLUÇÃO É UMA MISTURA HOMOGÊNEA DE DOIS OU MAIS COMPONENTES Solução Soluto Solvente Soluções no cotidiano Caipirinha forte ou fraca? Mais ou menos doce? Concentração alcoólica de uma bebida? Intervalo de Graduação Cerveja 4º a 9º Vinho 11º a 14º Champanhe 12º a 16º Vodka 30º a 40º Rum, Gin 40º a 45º Aguardente 40º a 48º Whisky 40º a 50º Absinto 50º a 54º SOLUTO: COMPONENTE GERALMENTE EM MENOR QUANTIDADE. SOLVENTE: COMPONENTE QUE ACOLHE O SOLUTO. Soluto for sólido Solubiliza até um máximo- Depois deste ponto forma sólido no fundo, chamado PRECIPITADO Classificação das soluções quanto a relação soluto x solvente Como preparar uma solução????? Assim, as moléculas ou íons do soluto separam-se permanecendo dispersas no solvente Equilíbrio de Solubilidade Equilíbrio estabelecido entre os íons em solução e o sólido quando se adiciona um sólido iônico pouco solúvel em água. AB(s) A+ (aq) + B-(aq) Kps = [A+][B-] = produto de solubilidade 9 Equilíbrio de Solubilidade n Solubilidade e Produto de solubilidade AB(s) A+ (aq) + B-(aq) Kps = [A+][B-], ou seja, produto da concentração dos íons (exatamente no ponto da solução saturada) S = [A+] = [B-] = SOLUBILIDADE MOLAR 10 Equilíbrio de Solubilidade Previsão de precipitação Sendo PI = produto da concentração dos íons. Para AB(s) PI= [A]+[B]• • • Se PI < Kps = solução não está saturada; Se PI=Kps = solução saturada; Se PI > Kps = a precipitação ocorre para restabelecer o equilíbrio 11 Equilíbrio de Solubilidade A2B3(s) 2A3+ (aq) + 3B2-(aq) Kps = [A3+]2 [B2-]3 AxBy(s) xAy+ (aq) + yBx-(aq) Kps = [Ay+]x [Bx-]y Início Reage Eq. AxBy(s) xAy+ (aq) yBx-(aq) sólido sólido xs ys sólido xs ys 12 Kps = (xS)x(yS)y Equilíbrio de Solubilidade n Exemplos: 1)A solubilidade do fluoreto de cálcio (CaF2) a 25° C é 2,2 x10-4 mol L-1. Calcule seu produto de solubilidade. 2)Calcule a solubilidade da substância A3B4 e de todos os seus íons cujo Kps é 1,0 x10-25. 3)O produto de solubilidade do hidróxido de magnésio [Mg(OH)2] é igual a 1,8x10-11. Calcule a solubilidade desse hidróxido e o pH de sua solução saturada. 4)Calcule a solubilidade da substância A3B2 e de todos os seus íons cujo Kps é 1,08 x10-30. 13 Equilíbrio de Solubilidade Regras de solubilidade: São solúveis quase todos os sais de: NO3NO2CH3COOsais de metais alcalinos sais de amônio São pouco solúveis quase todos os sais: FS2SO32- , PO43-, AsO43-, CO32Óxidos e hidróxidos EXCETO Ag+ Ag+, Hg22+, Fe3+ NH4+, alcalinos, Ag+, Al3+ NH4+, alcalinos, alcalinos terrosos NH4+, alcalinos Alcalinos, Ba2+, Sr2+, Ca2+ São pouco solúveis os Cl-, Br-, I- e SCN- de Ag+, Hg22+, Pb2+ São pouco solúveis os SO42- de Ba2+, Sr2+, Pb2+, Ca2+ Equilíbrio de Solubilidade Fatores que afetam a solubilidade • Os fatores que afetam diretamente são aqueles que influem na magnitude da constante de equilíbrio: ü temperatura: a solubilidade dos precipitados encontrados na análise quantitativa aumenta com o aumento da temperatura. ü natureza do solvente: em geral, a solubilidade de um sal fracamente solúvel em água pode ser ainda mais reduzida mediante adição de um solvente orgânico imiscível em água. ü tamanho das partículas; ü força iônica: a solubilidade dos sais poucos solúveis é geralmente maior em soluções que contém eletrólitos inertes; ü efeito do íon comum: a solubilidade de um eletrólito pouco solúvel é maior em água pura do que em presença de um dos íons comuns do eletrólito. Equilíbrio de Solubilidade Fatores que afetam a solubilidade v Efeito da temperatura 1 6 Equilíbrio de Solubilidade Fatores que afetam a solubilidade v Efeito da natureza do solvente Concentração de etanol (% em volume) Solubilidade de PbSO4 (mg L-1) 0 10 20 30 40 50 60 70 45 17 6,3 2,3 0,77 0,48 0,30 0,09 1 7 Equilíbrio de Solubilidade Fatores que afetam a solubilidade v Efeito do íon comum • Em geral, a solubilidade de um eletrólito pouco solúvel é maior em água pura do que em presença de um dos íons comuns do eletrólito. O efeito do íon comum é previsto pelo princípio de Le Chatelier; entretanto, ele pode ser tratado quantitativamente pelo princípio do produto de solubilidade. Le Chatelier • Considere uma solução saturada de cromato de prata em equilíbrio: K ps + 2− ⎤ ⎡ ⎤ = ⎡ Ag CrO 4 ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ 2 >Ag+ [Ag2CrO4] 1 8 Equilíbrio de Solubilidade Fatores que afetam a solubilidade Produto de Solubilidade O efeito do íon comum é largamente usado na análise quantitativa para tornar praticamente completa a precipitação de compostos pouco solúveis. Equilíbrio de Solubilidade Se aumentarmos a concentração de um dos íons envolvidos no equilíbrio, este se desloca de modo a reduzir a modificação imposta diminuindo a solubilidade. Exemplo: 1) Calcule a solubilidade molar do iodato de bário em uma s o l u ç ã o d e i o d a t o d e p o t á s s i o 0 , 1 m o l L-1, Kps(BaIO3)2=1,25x10-9. n 2) Determine a concentração de íons hidróxidos necessária para iniciar a precipitação de hidróxido férrico [Fe(OH)3], Kps = 3,8 x10-38 sendo [Fe3+] = 10-3 mol L-1. 20 Equilíbrio de Solubilidade 3)Achar a concentração necessária para iniciar a precipitação do BaSO4 em uma solução 0,0010mol/L em SO4-2. Kps=1,0 x10-10 4)Haverá a formação de precipitado quando se misturam 100 mL de solução 0,010mol/L de nitrato de chumbo com 100 mL de solução de iodeto de potássio 0,10 mol/L? Kps = 1,1 x10-9] . 21 Equilíbrio de Solubilidade Volumetria de Precipitação ü É usada principalmente para a determinação de haletos e de alguns íons metálicos. Os métodos mais importantes são os que empregam solução padrão de nitrato de prata, os argentimétricos. Equilíbrio de Solubilidade v Titulação de AgNO3 com NaCl Tabela 1: Variações no pAg durante a titulação de AgNO3 com NaCl, Kps=1,56.10-10 Volume de AgNO3 (mL) 1) 0,00 2) 10,00 3) 20,00 4) 30,00 5) 40,00 6) 45,00 7) 47,50 8) 49,00 9) 49,90 10) 50,00 9) 51,00 pAg para 50,00 mL de NaCl 0,100 mol.L-1 com AgNO3 0,100 mol.L-1 8,63 8,43 8,20 7,85 7,53 7,22 6,81 5,81 4,90 3,00 pAg para 50,00 mL de NaCl 0,0200 mol.L-1 com AgNO3 0,0100 mol.L-1 • Curva de titulação; • Efeito da concentração; 23 Equilíbrio de Solubilidade metálicos. Os métodos mais importantes são os que empregam solução padrão de nitrato de prata, os argentimétricos. 1. Curvas de titulação Efeito da concentração X- + AgNO3 AgX + NO3- ü É usada principalmente para a determinação de haletos e de alguns íons Equilíbrio de Solubilidade Efeito da extensão da reação na curva de titulação 25 Volumetria de Precipitação Detecção do ponto final (indicadores) Químico; potenciométrico; amperométrico. Os indicadores que estudamos são: ü Íon cromato - Método de Mohr: Determinação direta de Cl-, Br- e CN-, na forma de Ag2CrO4. Forma precipitado vermelho tijolo ü Íons Fe3+ – Método de Volhard: Determinação indireta de qualquer ânion que forme um sal de prata insolúvel. Forma complexo colorido Ag+(excesso) + Cl- → AgCl(s) Ag+ + SCN- → AgSCN(s) Fe3+ + SCN- → Fe(SCN)2+ ü Indicadores de adsorção – Método de Fajans: Titulações rápidas, precisas e seguras, mas com aplicação limitada a reações de precipitação nas quais se forma um precipitado coloidal rapidamente. 26 Equilíbrio de Solubilidade Método de Mohr: Forma precipitado vermelho Método de Volhard: Forma complexo colorido Método de Fajans: Forma precipitado coloidal rapidamente. Método de Volhard: Forma complexo colorido Método de Mohr: Forma precipitado vermelho Método de Fajans: Forma precipitado coloidal rapidamente. Equilíbrio de Solubilidade Haverá formação de precipitado se misturarmos 100 mL de solução 0,01 mol L-1 de nitrato de chumbo [Pb(NO3)2 com 100 mL de solução 0,100 mol L-1 de cloreto de sódio (NaCl)? Qual deve ser a menor concentração de cloreto (Cl-) na mistura necessária para iniciar a precipitação de íons chumbo (Pb2+) na forma de cloreto de chumbo (PbCl2)? Kps=1,6.10-5 29