UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
Centro de Ciências Exatas e da Natureza
Departamento de Química
Química Analítica Clássica
Equilíbrio de solubilidade
Profa. Kátia Messias Bichinho
2010/2
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
Centro de Ciências Exatas e da Natureza
Departamento de Química
Química Analítica Clássica
Conteúdo
1. Solubilidade
2. Solução saturada, insaturada e supersaturada
3. Equilíbrio de solubilidade
4. Produto de solubilidade
5. Produto de solubilidade e Kps
6. Cálculos Kps e solubilidade
7. Fatores que afetam a solubilidade
Química Analítica Clássica
Solubilidade
A uma dada temperatura, existe uma quantidade
limite de uma dada substância que se consegue
dissolver num determinado volume de solvente, e que
se denomina solubilidade dessa substância nesse
solvente. A solubilidade é representada por S.
Por exemplo, à temperatura de 25 °C, é possível
dissolver cerca de 36 gramas de cloreto de sódio) em
100 mL de água, sendo, portanto é 36 g/100 mL a
solubilidade do cloreto de sódio em água.
Química Analítica Clássica
Classificação de soluções
Solubilidade do soluto no solvente
Saturada:
Exemplos:
contém a máxima quantidade de soluto dissolvido
em um dado volume de solvente a uma dada
temperatura.
açúcar possui solubilidade de 200g /100 mL ( 20°C ).
CaSO4 possui solubilidade de 0,2 g /100 mL ( 20°C ).
Insaturada:
Supersaturada:
contém uma quantidade de soluto dissolvido
inferior à solubilidade possível a uma dada
temperatura.
contém mais soluto dissolvido e tende a
precipitar parte do soluto, formando uma
solução saturada.
Química Analítica Clássica
Equilíbrio de Solubilidade
Considerando uma solução saturada de cloreto de prata,
AgCl. Se continuarmos a adicionar AgCl a uma solução saturada,
verificamos que há formação de precipitado, e passamos a ter
uma solução heterogênea com uma fase líquida e uma fase
sólida. Nestas condições, ocorre um equilíbrio entre estas duas
fases, designado por equilíbrio em soluções saturadas de sais, e
que, neste caso, pode ser representado por:
AgCl (s)  AgCl (aq)
O momento em que a velocidade de dissolução iguala-se à
velocidade de precipitação, corresponde ao instante em que se
estabelece o equilíbrio de solubilidade do sal em estudo.
Química Analítica Clássica
Equilíbrio de solubilidade
Equilíbrio entre um eletrólito
pouco solúvel e os íons que este
eletrólito libera em solução.
Ex: solução de AgCl ocorrem os seguintes equilíbrios:
AgCl (s)  AgCl (aq)  Ag+(aq) + Cl-(aq)
Ks
Kd
Kps = Ks.Kd
Química Analítica Clássica
Equilíbrio de solubilidade
MA(s) ↔ MA(aq) ↔ M+ + AS = S0 + [M+]
S0 = solubilidade intrínseca
ou molecular
M+
A-
MA(aq)
M+
A-
A-
M+
M+
AM+
A- MA
(aq)
MA(s)
Obs: os haletos de prata
agem como eletrólitos fracos,
dissociando-se
apenas
parcialmente em água.
Química Analítica Clássica
Equilíbrio de solubilidade
Exercício 1
Calcular a solubilidade do AgCl em água destilada. Ks = 3,6 x 10-7.
Solubilidade = S = [AgCl(aq)] + [Ag+]
[Ag+] = [Cl-]
[Ag+] [Cl-] = Kps 1,82 x 10-10
[Ag+] =  1,82 x 10-10 = 1,35 x 10-5
Sabendo que S° = 3,6 x 10-7
S = 1,35 x 10-5 + 3,6 x 10-7 = 1,38 10-5 mol L-1
Química Analítica Clássica
Equilíbrio de solubilidade
No entanto, a maioria dos sais pouco solúveis encontra-se
essencial e totalmente dissociado em soluções aquosas
saturadas.
2
 2
[B a ][IO 3 ]
K 
Ba(IO3)2(s) = Ba2+(aq) + 2IO3 B a (IO 3 ) 2 ( s ) 
K  B a (IO 3 ) 2 ( s )   K p s  [B a
2

][IO 3 ]
2
Obs: quando dizemos que um sal pouco solúvel está
completamente dissociado, não significa que todo o sal se
dissolve. Ao contrário, a pequena quantidade que
realmente solubiliza dissocia-se totalmente.
Química Analítica Clássica
Química Analítica Clássica
Constante do Produto de Solubilidade
Kps
MA(s) ↔ M+(aq) + A-(aq)
Keq 
M+
A-
MA(aq)
M+
A-
A-
M+
M+
a MA ( s )
AM+
A- MA
(aq)
MA(s)
a M   a A

Keq 

[ M ][ A ]
[ MA s ]
Química Analítica Clássica
Constante do Produto de Solubilidade
Kps
Exemplo 1. Solução de Ba(IO3)2(s) ocorre o seguinte equilíbrio:
Ba(IO3)2(s) = Ba2+(aq) + 2IO3Keq 
a Ba 2   a IO

3
Kps= aBa2+ aIO3-
a Ba ( IO 3 ) 2 ( s )
Obs: Ba(IO3)2(s) → estado padrão → a=1
Portanto, o equilíbrio independe da quantidade de sólido em
contato com a solução.
Química Analítica Clássica
Constante do Produto de Solubilidade
Kps
Quando o eletrólito é pouco solúvel e a força iônica é baixa:
Kps = [Ba2+][IO3-]2
Exemplo 2: Ag2S  2Ag+ + 1S2Kps = [Ag+]2 [S2-]1
Química Analítica Clássica
Importância da solubilidade
As estalactites e estalagmites encontradas em
grutas e cavernas, não são mais do que equilíbrios de
solubilidade entre os depósitos subterrâneos,
constituídos essencialmente por carbonato de cálcio
(CaCO3), e as águas naturais, como por exemplo a água
da chuva.
Outro exemplo é o sulfato de bário (BaSO4), sal
insolúvel e opaco aos raios X, que é usado em meios de
diagnóstico de problemas do tubo digestivo.
Química Analítica Clássica
Princípio do produto de solubilidade
“Em uma solução saturada de um eletrólito pouco solúvel,
o produto das concentrações molares dos íons (molL-1),
elevadas a potências apropriadas é constante, para uma
dada
temperatura,
independentemente
eletrólitos presentes na solução”.(Nernst 1889)
de
outros
Química Analítica Clássica
Produto de Solubilidade e Solubilidade
Ex.: AgCl
S representa a solubilidade (em molL-1) do AgCl em água
1AgCl(s)  1Ag+ + 1ClComo um mol de Ag+ é formado para cada mol de AgCl,
a S do AgCl = [Ag+] e sei que [Ag+] = [Cl-]:
Kps = [Ag+][Cl-]
Kps = S S
Kps = S2
S 
Kps
Química Analítica Clássica
Produto de Solubilidade e Solubilidade
Em geral, para sais moderadamente solúveis:
S 
(xy)
K ps
x
x y
y
Química Analítica Clássica
Produto de Solubilidade e Solubilidade
Ex. CaF2  Ca2+ + 2FComo um mol de Ca2+ é formado para cada mol de
CaF2, a S do CaF2 = [Ca2+] e [F-] = 2S.
Kps = [Ca2+]1 [F-]2
Kps = S1 (2S)2 = 4S3
Kps = 4S3
S 
3
Kps
4
Química Analítica Clássica
Produto de Solubilidade e Solubilidade
Química Analítica Clássica
Cálculo de Kps a partir da solubilidade
Exercício 2. A solubilidade do AgCl a 25°C é 1,9x10-4 g por
100 mL. Calcular seu Kps.
a) Escrever a equação iônica para o equilíbrio de solubilidade
AgCl(s)  Ag+ + Clb) Formular a expressão de Kps
Kps= [Ag+][Cl-]
c) Calcular as concentrações molares dos íons
S = 1,9x10-4 g em 100 mL , ou seja, S =1,9x10-3 gL-1
Massa molar do AgCl = 143,32 g mol-1
Química Analítica Clássica
Cálculo de Kps a partir da solubilidade
Exercício 2. A solubilidade do AgCl a 25°C é 1,9x10-4 g por
100 mL. Calcular seu Kps.
d) Massa molar do AgCl = 143,32 g mol-1
A solubilidade molar S será:
0 , 0019
 1,33  10
5
molL
1
143 ,32
S = [Ag+] = [Cl-] = 1,33x10-5 mol L-1
e) Substituir os valores na expressão do Kps
Kps = [Ag+][Cl-] = (1,33x10-5)2 = 1,82 x 10-10 (mol L-1)2
Química Analítica Clássica
Cálculo de Kps a partir da solubilidade
Exercício 3. A solubilidade do AgCl a 10oC é 0,000089 g/100 mL.
O peso molecular do AgCl é 143,32 g mol-1. Qual a solubilidade
molar e o produto de solubilidade nesta temperatura?
a)n = massa(g) / mol(g)
n = 8,9 x 10-5 / 143,32
n = 6,21 x 10-7 mol
c) S = (Kps)1/2 
b) 6,21 x 10-7 mol – 100 mL
mol – 1000 mL
S = 6,21 x 10-6 mol L-1
6,21 x 10-6 = (Kps)1/2
Kps = (6,21 x 10-6 )2
Kps = 3,86 x 10-11
Química Analítica Clássica
Cálculo de Kps a partir da solubilidade
Exercício 4. A solubilidade do Ag3PO4 é 0,20 mg por 100mL.
Calcular seu Kps.
a) Ag3PO4  3Ag+ + PO43b) Kps = [Ag+]3 [PO43-]
c) 0,20 mg em 100mL ou 2x10-3 gL-1
d) Massa molar do Ag3PO4 = 419 g mol-1
S 
0 , 0020
419
 4 ,8  10
6
molL
1
Química Analítica Clássica
Cálculo de Kps a partir da solubilidade
Exercício 4. A solubilidade do Ag3PO4 é 0,20 mg por 100ml.
Calcular seu Kps.
e) Lembrando, Ag3PO4  3Ag+ + PO43[Ag+] = 3 x 4,8x10-6 = 1,44x10-5
[PO43-] = 4,8x10-6
Kps = [Ag+]3[PO43-] = (1,44x10-5)3(4,8x10-6)
Kps Ag3PO4= 1,4x10-20 (mol L-1)4
Química Analítica Clássica
Cálculo de solubilidade a partir de Kps
Exercício 5.
O produto de solubilidade do CaF2 é 4,0 x 10-11. Calcule a
solubilidade S.
CaF2 → Ca2+ + 2FS
2S
Kps = [Ca2+][F-]2
S = (4,0 x 10-11 /4)1/3
Kps = S . (2S)2
Kps = 4S3
S = 2,2 x 10-4 mol L-1
Química Analítica Clássica
Kps e formação de precipitado
Kps de um eletrólito pouco solúvel estabelece o critério para a
formação de um precipitado.
Kps → constante para uma dada temperatura.
Se o produto das concentrações molares dos íons, com
seus expoentes correspondentes (PI), é menor que Kps a
solução não está saturada, ou seja, não haverá formação de
precipitado.
Química Analítica Clássica
Kps e formação de precipitado
Se PI < Kps , solução não saturada, não haverá ppt
Se PI = Kps , solução saturada, não haverá ppt
Se PI > Kps , forma-se ppt ou a solução está supersaturada
(metaestável).
Há precipitação do soluto quando o valor de KPS é ultrapassado.
Química Analítica Clássica
Kps e formação de precipitado
Exercício 6
O Kps para o BaSO4 é 1,0 x 10-10. Se em 1L de solução existem
0,0010 mol de Ba2+ e 0,00010 mol de SO42- haverá
precipitação de BaSO4?
Solução:
a) BaSO4  Ba2+ + SO42b) KpsBaSO4= [Ba2+] [SO42-] = 1,0x10-10
c) Antes de alcançar o equilíbrio:
[Ba2+] = 1,0 x 10-3
[SO42-] = 1,0 x 10-4
d) PI = ( 1,0x10-3)(1,0x10-4) = 1,0x10-7
PI >> Kps=1,0x10-10
precipitará BaSO4
Química Analítica Clássica
Kps e formação de precipitado
Exercício 7
Calcular a concentração de íon sulfeto necessária para iniciar a
precipitação de FeS em uma solução 1,0x10-4 molL-1 em
Fe2+(Kps= 5x10-18).
Solução:
a) FeS  Fe2+ + S2b) Kps = [Fe2+] [S2-]
c) [Fe2+] = 1,0x10-4
d) [S2-] = Kps/1,0x10-4 = 5,0x10-14
saturação da solução
Portanto, para precipitar FeS é necessário que a [S2-] > 5,0x10-14
Química Analítica Clássica
Fatores que afetam a solubilidade
1. Efeito da Pressão
A pressão sobre o equilíbrio de soluções não
exerce efeito significativo e prático, pois os líquidos
sofrem menos o efeito da pressão do que gases.
Além disso,
em geral as soluções são
trabalhadas sob pressão atmosférica.
Química Analítica Clássica
Fatores que afetam a solubilidade
2. Efeito da Temperatura
O grau de dissociação de um sal solúvel
aumentará com o aumento da temperatura, em geral.
Assim, a solubilidade molar aumentará.
Química Analítica Clássica
Fatores que afetam a solubilidade
3. Efeito da natureza do solvente
A natureza polar da molécula de água exerce efeitos
de solvatação sobre ânions e cátions do soluto, formando
íons hidratados. Esta força de atração supera as forças que
mantêm cátions e ânions na estrutura cristalina do sal.
Solventes orgânicos não apresentam estas forças de
atração iônicas da mesma forma que a água. Então muitos
sais inorgânicos são pouco solúveis nesses solventes.
Química Analítica Clássica
Fatores que afetam a solubilidade
4. Efeito do pH
A solubilidade de precipitados contendo um
ânion com propriedades básicas ou um cátion com
propriedades ácidas ou ambos depende do pH.
Os precipitados que contêm ânions do tipo base
conjugada de um ácido fraco são mais solúveis em pH
mais baixo.
Química Analítica Clássica
Fatores que afetam a solubilidade
5. Efeito do íon comum
O efeito do íon é uma consequência da Lei das Ação
das Massas descrita no princípio de Le Chatelier.
O efeito do íon comum é responsável pela redução
da solubilidade de um precipitado iônico quando um
composto solúvel contendo um dos íons do precipitado é
adicionada à solução que está em equilíbrio com o
precipitado.
Exemplo: a solubilidade do AgCl em solução 1,0 x 10-3molL-1
em Cl- é cerca de 100 vezes menor que em H2O.
Química Analítica Clássica
Fatores que afetam a solubilidade
5. Efeito do íon estranho
Medidas de solubilidade de diferentes
eletrólitos pouco solúveis indicam que a solubilidade
em solução salina é maior do que em água.
Exemplo
AgCl e BaSO4 são mais solúveis em solução de KNO3 do
que em água.
Química Analítica Clássica
Kps e formação de precipitado
Exercícios
7) Calcular a solubilidade molar do Mg(OH)2 em água. R. 1,2 x 10-4
mol L-1.
8) Sabendo que a solubilidade molar S do Ba(IO3)2 é 7,32 x 10-4
mol L-1, calcule o produto de solubilidade, Kps. R. 1,57 x 10-9.
9) Sabendo que Kps é 1,57 x 10-9, calcule a solubilidade molar S
do Ba(IO3)2. Quantos gramas de Ba(IO3)2 (487 g/mol) podem
ser dissolvidos em 500 mL de água a 25°C? R. 0,178g
10) Diferente da maioria dos sais, o sulfato de cálcio dissocia-se
apenas parcialmente em solução aquosa. Sabendo que Kd = 5,2
x 10-3 e que a constante do produto de solubilidade do sulfato de
cálcio é 2,6 x 10-5, calcule a solubilidade do CaSO4 em água. R.
1,01 x 10-2 mol L-1.
Descargar

Equilibrio de Solubilidade - Departamento de Química