Facultad de Química Práctica 13: equilibrios de solubilidad Laboratorio de Química General II Dra. Claudia Paola Gómez Tagle Chávez Alumna: Corona Cordero Blanca Sagrario. Jimenez Mancilla Dante Alan Fecha de realización: Abril 23 Grupo: 21 Gaveta: 17 Semestre 20152 ésta debe estar saturada y en contacto con el sólido no disuelto. estarán presentes como iones en las disoluciones. se consideran algunas reglas generales para predecir la solubilidad de las sales comunes en agua La constante del producto de solubilidad Una disolución saturada es aquella en la que la disolución está en contacto con soluto no disuelto así que para que se presente un equilibrio entre una sustancia sólida y su disolución. cada uno llevado a la potencia de su coeficiente en la ecuación de equilibrio. la constante de equilibrio recibe el nombre de constante del producto de solubilidad y se expresa como: 2+ 2 Kp = [Ba ][SO s 4] Las reglas para escribir la expresión de solubilidad del producto son las mismas que aquellas par escribir cualquier expresión de constante de equilibrio: el producto de solubilidad es igual al producto de las concentraciones de los iones que participan en el equilibrios. Las posibles interrelaciones entre Q y Kp se resumen de la si. ocasionando caries y la precipitación de ciertas sales que en nuestros riñones producen cálculos renales las agua de la Tierra que contienen sales que están disueltas durante su paso por la superficie y al atravesar el suelo. Tales compuestos son casi invariablemente electrolitos fuertes; según ; según el grado en que estos compuestos se disuelven. 4 2+ 2 BaSO ⇆ Ba + SO 4 (ac) 4(ac) El sólido es un compuesto iónico. Por ejemplo vamos a considerar una disolución saturada de BaSO 4 que se encuentra en contacto con el sólido BaSO .INTRODUCCIÓN Equilibrios de Solubilidad la disolución y la precipitación ocurren en nuestro alrededor y en nuestro interior por ejemplo el esmalte de los dientes se disuelve en disoluciones ácidas. la precipitación de CaCO 3 del agua subterránea es responsable de formación de estalactitas y estalagmitas dentro de las cavernas de la tierra caliza En una explicación anterior a las reacciones de precipitación. La expresión para la constante de equilibrio puede escribirse como : 2+ 2 K= [Ba ][SO 4] Cuando la concentración se expresa en molaridad. manera: s Si Q > Kp la precipitación tiene lugar hasta que Q=Kp s s Si Q = Kp existe el equilibrio s Si Q < Kp el sólido se disuelve hasta que Q=Kp s s SOLUBILIDAD Y pH . Ed. 1992. el ión hidróxido. pp 722523. entonces. s IONES COMPLEJOS Y LA SOLUBILIDAD Algunos iones metálicos en especiales los de los metales de transición forman iones complejos en disolución. BIBLIOGRAFÍA T. pp 528 Raymond. Chang. HIPÒTESIS Al realizar varias reacciones simultáneas analizaremos la solubilidad de distintos compuestos de cobre. una disminución en la s solubilidad de la sal en disolución. El efecto de agregar un ión común es. Los hidróxidos metálicos que hemos considerado hasta ahora son buenos ejemplos de compuestos que implican una base fuerte.Brown. Sin embargo. hasta que el producto iónico se haga otra vez igual al Kp . Las formaciones de iones complejos son reacciones ácidobase de Lewis en las que el ión metálico actúa como ácido y las moléculas o iones como bases. México. IÓN COMÚN De acuerdo con el principio de Le Chatelier. a su vez determinaremos cómo influye el factor temperatura. la solubilidad de prácticamente cualquier sal se modifica si la solución se hace lo suficientemente ácida o básica. “Quimica la Ciencia Central” . el efecto es notable sólo cuando uno o ambos iones participantes son moderadamente ácidos o básicos. . 3ra Edición. “Química” . ion común y el pH en la solubilidad y la forma en que podemos identificar como se ve afectado. Un ión complejo puede definirse como un ión que contiene un catión de un metal central enlazado a una o más moléculas o iones. México. La solubilidad de cualquier sustancia cuyo anión sea básico se verá afectada hasta cierto grado por el pH de dicha disolución. Como ya hemos visto el valor de la Kp s indica cuan soluble es un compuesto iónico en agua; mientras mayor sea el Kp más soluble será el compuesto. 4ta edición. Mc Graw Hill. Prentice Hall. CuSO 4 . el ion común y el pH. 3 K = [ P b2+][I −] 2 K = [ s][2s] 2 =4s ps ps s= √ 3 kps 3 =1. lo que da como resultado la siguiente expresión de la constante de solubilidad (también conocida como producto de solubilidad): K ps = [M + ][X] A la concentración de cada uno de los iones presentes en disolución al momento de la precipitación del sólido se le llama solubilidad molar. Escribir el equilibrio de solubilidad para el PbI 2 (pK ps = 7. En general. un ion común y el pH a la solubilidad de sales poco solubles? Introducción La solubilidad de un compuesto químico se puede definir como la máxima cantidad. de menor a mayor solubilidad. el proceso de disolución involucra la disociación de los iones. Ruy Cervantes Díaz de Guzmán Pregunta a responder al final de la sesión * Ordenar. la solubilidad aumenta. que pueda disolverse de éste en 100g de agua a una temperatura constante. En el caso de los compuestos iónicos. Los factores que afectan la solubilidad son la temperatura. Tarea Previa 1. CuCO 3 . CuS y Cu 2 [Fe(CN) 6 ]. expresada en gramos. 13.5) y calcula su solubilidad molar (mol/L). a mayor temperatura. *¿Cómo afectan la temperatura. Los datos reportados en libros y tablas se encuentran a 25°C. Equilibrios de Solubilidad Elaborada por: Dr. Una gran cantidad de compuestos iónicos son muy poco solubles en agua y su solubilidad suele cuantificarse mediante el estudio del siguiente equilibrio: MX(s) M + (ac) + X (ac) La concentración del sólido se considera constante.97x10 mol/litro 4 . los siguientes compuestos de cobre: Cu(OH) 2 . Ordenar los compuestos de la pregunta anterior del más soluble al menos soluble.9x10 22 4. Zn(IO ) .2x10 23 1.16x10 = [ P b2+][I −] 2 PbI ⇄ Pb+I 2 2 inicial 0 0 cambio +s +2s equilibrio s 2s 2.Considerar una disolución saturada de fluoruro de calcio en la cual se ha 2+ 11 establecido el equilibrio: CaF ⇆ Ca + 2F Kps=4x10 2(s) (ac) (ac) a)¿Cuál es la concentración molar de calcio (II) presente en la disolución? 2+ CaF ⇆ Ca + 2F 2(s ) (ac) (ac) inicial 0 0 cambio +s +2s equilibrio s 2s 3 K = [ Ca2+][F −] 2 = [ s][2s] 2 =4s ps s= √ 3 √ 3 11 4s =4x10 kps 4 = = 3 4x10−11 M =2.61x10 415 3.6 6 2. Completar la tabla siguiente Compuesto Nombre masa molar Pk ps S(mol/L) s(g/L) TiBr Bromuro de Talio 284 2.456x10 Zn(IO ) 3 2 Yodato de Zinc 5.62 3 2. 3 2 4 2 2 4 3 3 4 2 4.5 26 3. La (C O ) .4 6 3.5x10 4 4.26x10 FeCrO 4 Cromato de hierro II 172 5.3x10 Ni (AsO ) 3 4 2 Arseniato de Niquel 455 25.7 La (C O ) 2 2 4 3 Oxalato de lantano 540 24.4x10 0. TlBr.1 25 7. Ni (AsO ) . FeCrO .9x10 3 1.8 3.15X10 4 4 . 1 M NaOH 1 M Na 2 S sólido Parte B Pb(NO 3 )2 0. b) calcular la concentración molar de calcio (II) si a esta disolución saturada le agregas NaF de modo que la concentración total de fluoruros sea 0. 3. 2. Repetir el procedimiento del punto anterior ahora añadiendo NaOH 1 M a la mezcla de reacción. A la mezcla de reacción agregarle. En un vaso de precipitados de 50 mL colocar aproximadamente 15 mL de una disolución 0.1M Na 2 CO 3 sólido K 4 [Fe(CN) 6 ] 0. Na 2 CO 3 sólido con la ayuda de una espátula hasta que la disolución pierda su color azul.01][. 4.1M KI 0. poco a poco y con agitación constante. Solubilidad de distintos compuestos de Cu(II) 1. K 4 [Fe(CN) 6 ] 0.1 M de CuSO 4 . Anotar los cambios observados.1M 0.1M + 2+ CaF +NaF ⇄ Na +Ca + 3F 2 0.1M H 2 SO 4 6 M NaCl sólido CuSO 4 0. Reactivos Parte A CuSO 4 0.1M Parte A.03] C) Comparar las dos concentraciones molares y explica la marcada diferencia La diferencia entre las concentraciones se debe al ion común que se agrega en la pregunta b). .1 M hasta que se observe un cambio permanente en el sólido formado. Añadir.1M 3 kps=[Ca2+][Na2+][F] s= √ 3 Kps = [Na][F] √ 3 3 4x10−11 =2. gota a gota y con agitación.1M 0. No olvidar ir anotando todos los cambios de color y estado físico.371x10 [. Por último. Considerando que todas las reacciones son de doble sustitución. repetir el mismo procedimiento agregando Na 2 S sólido.3x10 6 4. responde la pregunta 3 Tabla 2 pp Equilibrio de solubilidad Expresión de la Kps 1 2+ CuCO → Cu + 3(s) (ac) 2 CO 3(ac) 2+ 2 [Cu ][CO 3] 2 Cu [Fe(CN) ] → 2Cu 2 6 (s) 2(ac) 4 + [Fe(CN) ](ac) 6 2+ [Cu ][(Fe(CN) 4 ) ] 6 3 2+ Cu(OH) → Cu + 2(s) (ac) OH (ac) 2+ [Cu ][OH ] Valor de la Kps 1010 1.2x10 7 1. así como la correspondiente expresión matemática de la constante de solubilidad de cada caso. 6. Reacciones de varios compuestos de Cu2+ Cuestionario 1. en la segunda y tercera columnas de la tabla 2 antes de llenar la última columna.76x10 M . 1 CuCO ; Carbonato de cobre 3(s) 3 2 Cu [Fe(CN) ] ; Ferrocianuro de cobre 4 2 6 (II) CuOH ; Hidroxido de cobre (II) 2 CuS; sulfuro de cobre (II) 2. escribir las fórmulas y los nombres de 1.5. Anotar todas las observaciones en la tabla 1.18x10 M 16 1. Tabla 1. Tabla 1.02X10 M 20 2.4x solubilidad molar [Cu+] 5 1.3 y4. Solubilidad de distintos compuestos de Cu(II) Reacción de precipitación Observaciones CuSO + Na CO → 1 + Na SO 4(ac) 2 3(ac) 2 4(ac) Al principio se nota un cambio en el color azul cristalino a un tono azul lechoso después se notan dos fases cuando se sedimenta. Escribir los equilibrios de solubilidad para cada uno de los precipitados (pp) de cobre observados.2. 1 + K [Fe(CN) ] → 2 + K CO 4 6 (ac) 2 3(ac) Se ve un color café al agregar el complejo 2 + NaOH → 3 + Na [Fe(CN) ] 4 6 (ac) La disolución anterior regresa a ser azul 3 + Na S → 4 + NaOH 2 (ac) (ac) Se torna de color café y se forma un precipitado. Factores que afectan la solubilidad Temperatura 1. Anotar aquí las observaciones.25x10 3 4 Cu [Fe(CN) ] + OH ⇄ Cu(OH) + [Fe(CN) ] 2 6 (s) 2(s) 6 Keq =Keq = [(Cu2[Fe(CN 6) (s)][Cu2+] [OH−][Cu2+] 16 20 = 1. Retirar el tubo del baño y dejarlo enfriar lentamente en la gradilla.2x10 = 5. colocar en cada caso el coeficiente necesario para expresar la relaciones entre la concentración de los aniones y los cationes al disolverse cada uno de los compuestos observados para llenar la última columna de la tabla 2.1 M de nitrato de plomo y añadir.09 Parte B.3x10/1. Registrar la temperatura de trabajo. En las expresiones .4 2+ 2 CuS → Cu + S (s) (ac) (ac) 2+ 2 [Cu ][S] 36 6.4x10= 4.3x10 /2. 2. escribir la expresión de la constante de equilibrio para cada una de las siguientes reacciones y calcular su valor utilizando los datos de Kps de la tabla 2. 5. en las que las concentraciones de las especies se expresan entre paréntesis cuadrados. Calcular la solubilidad molar para el cobre en cada uno de los compuestos observados para llenar la última columna de la tabla 2. 2 CuS + CO ⇄ CuCO + S (s) 3(ac) 3(s) 2(ac) [S2−][Cu2+] 36 10 26 Keq = [CO2−] = 6. En un tubo de ensaye colocar 2 mL de una disolución 0. Calentar el tubo en baño María a 90°C y observar lo que ocurre. yoduro de potasio 0.3x10 18 2. Utilizando los datos de la tabla 2.5x10 M 3. (Sugerencia: conviene multiplicar el numerador y el denominador en estas 2+ 2+ 2 expresiones por [Cu ] o por [Cu ] ) Predecir hacia qué lado se desplazará el equilibrio en cada caso.909.1 M hasta precipitación completa. Ion Común . 2+ 2+ [Cu ] = 2 [OH ] 1 [Cu ] = [OH ] 2+ 4 2+ 4 [Cu] = 1 [Fe(CN) 6] 2 [Cu] = [Fe(CN) 6] 2+ 2 2+ 2 1 [Cu ] = [CO ] 3][Cu] = 1[S 4. gota a gota. agitar y observar lo ocurrido y tomar nota aquí. pH 1. Pb(NO ) +2 KI ⇄ PbI ↓ + 2KNO 3 2(ac) (ac) 2(s) 3(ac) 2. Comparar la cantidad de sólido formado en ambos vasos.1 M de nitrato de plomo. Añadirle. 2. Agregar. 2+ 4. para su tratamiento posterior. A cada uno de ellos añadirle 0. una disolución 0. ¿Cómo varía el valor de la Kps correspondiente al aumentar la temperatura? La Kp no varía. ¿Cómo varía [Pb ] al aumentar la temperatura? ac Disminuye 5. Manejo de residuos Recolectar todos los residuos que contengan Plomo.06 g de cloruro de sodio.5g de NaCl. ácido sulfúrico 6M hasta obtener una disolución homogénea color azul. y la correspondiente expresión del producto de solubilidad. gota a gota y con agitación. 1. gota a gota. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior. Escribir la reacción que se llevó a cabo entre el nitrato de plomo y el yoduro de potasio. Los residuos de Cobre pueden desecharse en la tarja con abundante agua. En dos tubos de ensayo colocar 5 mL de una disolución 0.1 M de sulfato de cobre. En un tubo de ensayo colocar 3 mL de una disolución 0. añadirle otros 0. A uno de los dos tubos. Cuestionario Efecto de la temperatura 1. 2. 2+ PbI ↓ ⇆ Pb +2I 2(s) (ac) (ac) 2+ 2 kps=[Pb ][I ] 3.1 M de hidróxido de sodio hasta precipitación completa. s . ¿Qué pasa con la cantidad de precipitado cuando se calienta el tubo de reacción? Cuando se calienta el tubo la cantidad de precipitado disminuye. Calcular la solubilidad molar del Pb en una solución saturada de PbCl .4x10 M pH 1. en una solución saturada de PbCl 2 2+ [Cl] = 2 [Pb ] 2+ 4. Ion Común 1. Calcular la concentración de Pb en una solución de Pb(NO ) 3 2 a la que se ha añadido un exceso de NaCl.4x10 . Escribir la reacción entre el sulfato de cobre y el hidróxido de sodio.1M 2+ 3 [Pb ]= 2. 2+ 2 2 3 Kps= [Pb ][Cl ] = (s)(2S) = 4S = 0. tal que la concentración final del ion cloruro . Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior.039M 6. Escribir la reacción que se llevó a cabo entre este producto y el ácido sulfúrico 2+ 2+ 2 Cu + OH + H SO ⇄ Cu + SO + H O (ac) (ac) 2 4 (ac) 4(ac) 2 (l) Observaciones . ¿Cuál es la concentración de Cl en estas mismas condiciones? [Cl ]= 2s = 0. [Cl] = 0. Escribir el equilibrio de solubilidad del producto poco soluble de la reacción anterior. Escribir la reacción que se llevó a cabo entre el nitrato de plomo y el cloruro de sodio.078M 2+ 7. Expresar la concentración de iones Pb en función de la concentración de iones Cl en una solución saturada de PbCl 2 2+ [Pb ] = 1/2 [Cl ] 2+ 5. 2+ Cu(OH) ↓ ⇄ Cu + 2OH 2(s) (ac) (ac) 2+ 2 Kps=[Cu ][OH ] 3. 2+ PbCl ↓ ⇆ Pb +2 Cl 2(s) (ac) (ac) 2 kps=[ Pb2+][Cl ] 3. 2 4 sabiendo que su Kps es 2. CuSO + NaOH ⇄ Cu(OH) ↓ + Na SO 4(ac) (ac) 2(s) 2 4(ac) 2. Expresar la concentración de iones Cl en función de la concentración de iones 2+ Pb . Pb(NO ) + NaCl ⇆ PbCl ↓ + NaNO 3 2(ac) (ac) 2(s) 3(ac) 2. Este al igual que la reacción anterior al sedimentar podemos observar dos fases. (img inferior reacción entre hidróxido de sodio y ferrocianuro de cobre. Siguiendo el procedimiento agregando a este sólido obtenido un ion complejo (ferrocianuro de potasio) observamos que la disolución se torna color café con pequeños gránulos. Parte A Reacciones simultáneas de distintos compuestos de cobre Al agregar carbonato de sodio al sulfato de cobre observamos un cambio en la disolución que inicialmente es azul cristalina a un todo de azul “lechoso”. color café) . Al momento de agregar hidróxido de sodio a la disolución obtenida anteriormente observamos que volvemos a obtener la disolución azul del principio. Posteriormente este al dejar reposar se sedimenta y podemos observar dos fases. obteniendo entonces otro sólido (ferrocianuro de cobre). En una se observa el sólido color azul (carbonato de cobre) y en la otra una disolución incolora. Dando como resultado hidróxido de cobre. Por último para la parte A se agrega a la disolución azul obtenida Sulfuro de Sodio lo que nos hace tener una disolución café nuevamente pero distinta a la obtenida cuando se hace reaccionar con ferrocianuro de potasio. obtenemos un sólido color amarillo y el resto de la disolución es incolora. Parte B Efecto de la temperatura. Y al final . Esta nueva disolución tiene un tono café muy obscuro. Al enfriar lo anterior obtenemos que el sólido se asienta en el fondo del tubo pero no disminuye (imagen central). al dejar sedimentar podemos observa la separación de la disolución en dos fases y la formación de un sólido pero en menor tamaño que en los observados anteriormente. (imagen izquierda). Pb(NO ) + KI ⇄ PbI ↓ + KNO 3 2(ac) (ac) 2(s) 3(ac) Al inicio de la reacción tanto el Pb(NO ) incoloros al hacerlos reaccionar 3 2 y el KI son observamos que la disolución se separa en dos fases. se puede observar la formación del sólido al finalizar la . CuSO + NaOH ⇄ Cu(OH) ↓ + Na SO 4(ac) (ac) 2(s) 2 4(ac) En la imagen superior podemos apreciar lo que sucede al agregar NaOH + CuSO . Imagen central. en 4 este caso podemos considerar un pH básico por la adición de iones OH (tubo del lado izquierdo). Pb(NO ) + NaCl ⇆ PbCl ↓ + NaNO 3 2(ac) (s) 2(s) 3(ac) pH. es decir que cuando agregamos la sal al medio acuoso inmediatamente se forma más cantidad de precipitado en este caso de cloruro de plomo.al enfriar el tubo podemos observar que al agitar este sólido se observan destellos parecido a la diamantina. En esta reacción notamos que la cantidad de cloruro de plomo obtenida fue mayor a al cloruro de sodio. Ión común. CuSO + NaOH ⇄ Cu(OH) ↓ + Na SO 4(ac) (ac) 2(s) 2 4(ac) 2+ 2+ 2 Cu(ac) + OH + H SO ⇄ Cu(ac) + SO + H O (ac) 2 4 4(ac) 2 (l) CONCLUSIONES Al final concluimos que los factores mencionados con anterioridad afectan el equilibrio de solubilidad. Parte A Reacciones simultáneas de distintos compuestos de cobre Para esta parte se realizaron reacciones simultáneas empezando con sulfato de cobre. Ese precipitado desaparece al aumentar + la concentración de iones H en la disolución (reacción 2). al ir agregando distintos reactivos sucesivamente se pudo observar como estos precipitaron al cobre en distintas formas. el equilibrio se desplaza hacia la izquierda formando un sólido iónico que precipita pero si se sustrae concentración de algún ion del sólido en la disolución a tratar el equilibrio se desplazará hacia al otro lado (derecha) disolviéndose más sólido en la reacción. Ion común; notamos que al si se añade concentración apreciable de algún ion del sólido en una disolución saturada.reacción y por último imagen de lado derecho al sólido obtenido se le agrega H SO 2 4 lo que nos indica que está en un medio ácido. en este caso al añadir NaOH. ANÁLISIS DE RESULTADOS. 2+ pH; como ya vimos en la práctica 12 algunos iones como el Cu con aniones precipitan que tienen carácter basico o neutro. con lo que siempre tienen a . el ph y la temperatura son determinantes en cómo se va llevar a cabo la reacción inclusive en su dinámica . Parte B Temperatura; el efecto de la temperatura en la disolución afecta a la solubilidad pero no a la concentración. Esto también lo podemos observar en el valor de la Kp que cambia y en el cual tenemos valores diferentes para s cada compuesto. Nos dimos cuenta que con cada reacción que llevábamos a cabo obtuvimos distintos compuestos de cobre que precipitaron. asimismo existen equilibrios simultáneos ya que los sólidos iónicos se disuelven en agua. pero al enfriar y agitar podemos observar que el sólido ya no solo se encuentra en el fondo sino que también produce destellos. se entiende que se esta haciendo la adición de un anión con carácter básico por los iónes OH lo que explica el por que se obtiene un precipitado (reacción 1). al calentar el tubo podemos observar que el sólido se mantiene en el fondo del tubo. es decir el ion común . disociarse. . los iones de una sal pueden ser ácidos o bases conjugadas moderadamente fuertes o también puede ocurrir la formación de complejos: compuestos con un catión metálico en el centro y ligando aniones que tienen una constante de equilibrio de formación del sólido muy altas.