Solubilidad, precipitacion y producto de solubilidad

Solubilidad, precipitacion y producto de solubilidad

Profesora: Silvia Citlalli Gama González Profesora: Norma Ruth López Santiago Alumno: Luis Manuel González

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PE201324 Apoyo a la titulación y formación terminal desde la investigación formativa y docencia en química analítica

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Solubilidad

La solubilidad es la cantidad de sustancia que se disuelve en una cantidad determinada de agua para producir una disolución saturada y se puede expresar en g/L o mol/L.

Sobresaturada

Insaturada

Saturada

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Para determinar la solubilidad (s = solubilidad) de un compuesto se utiliza la constante de solubilidad (Ks). La solubilidad, s, depende de la estequiometria del compuesto, por ejemplo:

Un título genial aquí

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Tabla de variación de concentraciones

Reacción se solubilidad iónica

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Aquí se presentan algunos ejemplos

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Ver cuadro

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Afortunadamente, como en muchas cosas de la análitica, los Ks (Kps) ya están reportados en la literatura

Como las constantes de solubilidad estan elevados a un exponente negativo, tambien suelen referirse a ellas como pKps o pKs. Ejemplo, para cloruro de plata, Kps= 1.8x10-10 o pKs = 9.744

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Ejercicio.

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Como pudimos comprobar en los ejercicios anteriores, las constantes de solubilidad sirven para determinar la cantidad de un soluto que puede estar presente en una disolución (AgBr).

Sobresaturada

Saturada

Insaturada

Más de 1.648x10-7 g/ml

Menos de 1.648x10-7 g/ml

Exactamente 1.648x10-7 g/ml

Problema 1

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Planteemos un problema acorde a un laboratorio.

Para cierto análisis, un químico requiere preparar una disolución de Pb2+ pero solo tiene dos sales poco solubles de plomo:

Fosfato de plomo (II) Pb3(PO4)2 pKs = 43.5 Iodato de plomo (II) Pb(IO3)2 pKs = 12.58

¿Cuál es la sal más soluble? Calcule la solubilidad de cada compuesto...

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Bien, primero escribamos los equilibrios de solubilidad.

Empezaremos con el Fosfato de plomo..

Pb3(PO4)2(S) = 2Pb2+ + 3PO43-

Una vez teniendo la reacción de disociación del fosfato de plomo podemos plantear su ecuación de solubilidad, pero hay una cuestión, tenemos pKs en vez de Ks.Lo que procede es convertirla.

Fosfato de plomo (II) pKs = 43.5 Ks = 10-pKs = 10-43.5

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Una vez teniendo la reacción balanceada y su constante de solubilidad (Ks) ya podemos determinar su solubilidad.

Pb3(PO4)2 = 3Pb2+ + 2PO43- Ks = (3s)3 * (2s)2 = 108s5

= 7.822x10-10 mol/L= 10-9.1066 mol/L

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Se realiza el mismo proceso para determinar la solubilidad de Yodato de plomo

Pb(IO3)2(S) = Pb2+ + 2IO- Ks = s * (2s)2 = 4s3

= 4.036x10-5 mol/L= 10-4.394 mol/L

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Solubilidad del fosfato de plomo = 7.822x10-10 mol/L Solubilidad del Yodato de plomo = 4.036x10-5 mol/L

4.036x10-5 M >>> 7.82x 10-10 M

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precipitación

Es la sedimentación de un material sólido presente en una solución líquida en la que está presente en cantidades mayores que su solubilidad.

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Problema 2

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Bien, abordemos unos problemas de precipitación

Para resolver un problema de contaminación de plomo en un rio, un químico decide hacer algunas pruebas: se mezclan 10ml de la disolución acuosa que contiene 0.003 mol/L de Pb(NO3)2 más 10ml de NaIO3 0.006 mol/L ¿Habrá precipitación?

Para esto usaremos el concepto del Producto iónico

PI = CAa * CBb

PI = CPb2+ * CIO31-2

En este caso: Pb(IO3)2

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Sabiendo la ecuación para obtener el PI solo queda calcularlo.

10ml de Pb2+ a 0.003 M = 3x10-5 mol 10ml de IO3- a 0.006 M = 6x10-5 mol

PI = CPb * C2IO3

Pero la ecuación nos pide concentración molar, no mol. Con los datos que ya tenemos podemos pasarlo a concentración molar.

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Para la concentración molar de plomo sabemos que tenemos 3x10-5 mol de plomo pero ¿Cuál es el volumen de la disolución?

Tomando en cuenta que adicionamos 10 ml de la disolución que contenía plomo y 10 ml de la disolución que contenía yodato.

El volumen de la disolución es de 20 ml, y con esto podemos calcular la concentración molar de plomo.

= 1.5x10-3 mol/L

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Para determinar la concentración molar de yodato se utiliza los mol que ya obtuvimos y el mismo volumen que ya determinamos.

= 3x10-3 mol/L

Una vez teniendo las concentraciones molares solo queda sustituir en base a la ecuación que ya obtuvimos del PI de esta molécula.

= 1.35x10-8

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¿Y que procede ya teniendo este dato?

Una vez teniendo el PI del yodato de plomo podemos determinar si precipita o no

PI = 1.35 10-8 o 10-7.8696

Ks de Pb(IO3)2 = 10-12.58

10-7.8696 >> 10-12.58

PI es mayor a Ks por lo tanto Si precipita

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Problema 3

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Supongamos que ahora el químico analista utilizó 10ml de la disolución que contiene Pb2+ 0.003 mol/L y 10 ml de la disolución que tiene PO43- 0.002 mol/L

¿Precipitara?

Pb3(PO4)2

Como se realizó antes con el yodato de plomo se debe calcular la molaridad de los iones que se compone nuestra molécula. (10 min)

CPb = 1.5x10-3 mol/L CPO4 = 1x10-3 mol/L

Ahora solo queda utilizar la formula de PI PI = CPb3 * CPO42

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Sustituyendo de la ecuación quedaría.

PI = [1.5*10-3]3 * [1*10-3]2

PI = [3.375*10-9] * [1*10-6]

PI = 3.375*10-15 o PI = 10-14.47

Recordando que el Ks de Yodato de plomo es 10-43.5

10-14.47 >>> 10-43.5 PI > Ks Por ende SI Precipita

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Problema 4

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Si queremos precipitar con la mayor cuantitatividad posible al plomo(II). ¿Cuál será el mejor opción? en otras palabras ¿Cuál tendrá mayor porcentaje de precipitación, el yorado o el fosfato de plomo? -10mL de Pb2+ 3x10-3 mol/L con 10 mL de IO3- 6x10-3 mol/L o -10 mL de Pb2+ 3x10-3 mol/L con 10 mL de PO43- 2x10-3 mol/L

Primero....¿Cómo determinamos el porcentaje de precipitación?

Con esta ecuación:

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[Mfinal] = Cantidad molar de Pb2+ al final de la adicion de disolucion para que precipite [Minicial] = Cantidad molar de Pb2+ inicial (Antes de la adicion de disolucion para que precipite)

Afortunadamente ya tenemos la cantidad inicial molar de Pb2+, ya que la calculamos en los anteriores ejercicios.

[Pb2+]inicial = 1.5x10-3 M = 10-2.8239 M

Pero... ¿Como determinamos la cantidad molar final de [Pb2+]final?

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Para calcularlo vamos a utilizar la ecuacion de la constante de solubilidad (Ks) en este caso en particular para Yodato [IO31-]

Ks = [Pb2+] * [IO31-]2

Debido a ejercicios anteriores tambien conocemos la concentracion molar de Yodato que adicionamos

[IO31-] = 3 x10-3 M

Ahora solo queda sustituir...

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= 10-7.5342 M

Ahora que sabemos que la concentracion molar de [Pb2+] al final de la adicion de Yodato es de 10-7.5342 M y tambien sabemos su concentracion inical, solo falta determinar el porcentaje de precipitacion.

= 99.998051% de Yodato de plomo

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Ya sabemos el porcentaje de precipitacion con la disolucion de yodato

Queda determinar el porcentaje pero con la disolucion de fosfato...

Ks = [Pb2+]3 * [PO4-3]2

Ks = 10-43.5 [PO4-3] = 1x10-3 M

[Pb2+] = ???

Despejamos...

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= 10-12.5 M

Ahora calculamos el porcentaje de precipitacion

= 99.99999998 % de Fosfato de plomo

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99.998051% de Yodato de plomo

99.99999998 % de Fosfato de plomo

%PP =

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Gracias a tu ayuda, el químico pudo disminuir la cantitad de plomo en el rio de una comunidad rural al agregar sales de fostato para precipitarlo.

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Debido a esto, se avisó a las autoridades correspondientes tomaron cartas en el asunto inmediatamente.

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¡GRACIAS!

Ejercicios para reforzar lo aprendido

Calcular la solubilidad de un compuesto en base a su Ks

Ejercicios para determinar el porcentaje de precipitacion

Producto de solubilidad correspondiente a cada molecula

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Créditos de quienes los elaboraron y revisaron!

Revision Profesora: Silvia Citlalli Gama González Profesora: Norma Ruth López Santiago Elaboracion Alumno: Luis Manuel González Rodriguez

Agradecimientos

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Referencias

Equilibrios químicos en solución acuosa QUÍMICA ANALÍTICA I Ejercicios resueltos

Dudas, comentarios, sugerencias: silviacitlalli@quimica.unam.mx

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Para recordar..

El producto iónico, PI, se expresa igual que la Ks pero con las concentraciones experimentales. La comparación del valor obtenido con el correspondiente del Ks nos permite predecir las caracteristicas de la disolución resultante.

Para recordar..

Insaturada: Disolución contiene disuelto menos soluto del que puede disolver el solvente a valores específicos de temperatura y presión.Saturada: Solución que tiene la misma concentración de soluto que una que está en equilibrio con un soluto no disuelto a valores específicos de temperatura y presión. Cuando una solución está saturada, ya no es posible disolver más soluto. Sobresaturada: Disolución que contiene "disuelto" más soluto del que puede disolverse a valores específicos de temperatura y presión. Con el tiempo una parte del soluto se separa de la solución en forma de cristales y queda un residuo en el fondo del recipiente.