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Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Química Departamento de Química Analítica Química analítica IQA 123 EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE DE SAIS Prof. Celeste Yara dos Santos Siqueira De acordo com esse limite, as soluções podem ser classificadas como: Insaturada: a quantidade de soluto dissolvida é inferior ao limite de solubilidade. Se adicionarmos mais soluto ele dissolverá. Saturada: a quantidade de soluto dissolvida é igual ao limite de solubilidade e a solução está estável, em equilíbrio com o fase sólida não dissolvida. Pode ser obtida pela adição de soluto ao solvente até que a dissolução cesse ou aumentando a com contração de íons até que não ocorra mais precipitação. Supersaturada: contém uma quantidade de soluto dissolvida superior ao limite de solubilidade. É uma situação instável. Se perturbado o sistema se transforma em uma solução saturada com corpo de fundo (ex. agitação, núcleos de cristalização). Essa situação pode ser alcançada quando uma solução (solvente+soluto) é aquecida e depois resfriada cuidadosamente. Lembrando definições da aula de soluções Curvas de Solubilidade Nem todas as substâncias se comportam dessa maneira. Ex: Ce2(SO4)3 30g KCl – 100g H2O Agitar com uma colher a) Solução insaturada 34g KCl – 100g H2O Agitar com uma colher b) Solução saturada 40g KCl – 100g H2O Agitar com uma colher c) Solução supersaturada 4 Solubilidade Solubilidade (S) é a quantidade máxima de soluto que se dissolve em uma determinada quantidade de solvente produzindo uma solução saturada, a uma dada temperatura (20oC) Solubilidade e equilíbrio de solubilidade EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE ✓ É O EQUILÍBRIO ENTRE UM ELETRÓLITO POUCO SOLÚVEL E OS ÍONS QUE ESTE ELETRÓLITO LIBERA EM SOLUÇÃO. KCl(s) K+ (aq) + Cl- (aq) K = [k+] . [Cl-] K . [KCl(s)] = [k+] . [Cl-] [KCl(s)] Kps = [k+] . [Cl-] 5 Não eletrólitos→ substâncias que não sofrem dissociação em solução aquosa, condutividade =zero Eletrólitos→ substâncias que sofrem dissociação em solução aquosa, tem condutividade Constante do Produto de Solubilidade, Kps Definição ➢ É o nome dado à constante de equilíbrio que reflete a solubilidade de um composto. Sólido iônico solução saturada (íons) . BaSO4(s) Ba2+ (aq) + SO4 2- (aq) Kps = [Ba2+] . [SO4 2-] = s . s Kps = s2 Ca3(PO4)2(s) 3Ca2+ (aq) + 2PO4 3- (aq) Kps = [Ca2+]3 . [PO4 3-]2 = (3s)3 . (2s)2 Kps = 108s5 6 Princípio do produto de solubilidade ➢ “Em uma solução saturada de um eletrólito pouco solúvel, o produto das concentrações molares dos íons (mol/L), elevadas a potencias apropriadas é constante, para uma dada temperatura, independentemente de outros eletrólitos presentes na solução”. (Nernst, 1889) 7 Produto de solubilidade e solubilidade 1º Ex.: 1AgCl(s) 1Ag+ (aq) + 1Cl- (aq) 1 mol de Ag+ é formado para cada mol de AgCl, em solução aquosa. Portanto, a solubilidade (s) do AgCl = [Ag+]. [Cl-], sendo que a [Ag+] = [Cl-]: Kps = [Ag+].[Cl-] Kps = s . s Kps = s2 KpsS = 1AgCl(s) 1Ag+ (aq) + 1Cl- (aq) 8 Kps = [Ca2+] . [F-]2 Kps = 1S1 . (2S)2 1S1 . 4s2 Kps = 4S3 S =Kps / 4 CaF2(s) Ca2+ (aq) + 2F- (aq) 1 mol 1 mol 2 moles A solubilidade do CaF2 [Ca2+]=S e [F-]=2s Exemplo 3 9 Exercício Determinou-se experimentalmente que a solubilidade do cloreto de AgCl a 25oC é de 1,9.10-4 g por 100mL. Calcule o seu Kps. PM = 143,32g.mol-1 AgCl(s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) 1 mol 1mol 1mol Kps = [Ag+] . [Cl-] 10 Exercícios: Cálculos de Kps a partir da Solubilidade a) Calcular a molaridade da solução de AgCl 1,9.10-4g em 100mL M = m PM . V M = 1,9.10-4 / (143,32 . 0,1) = 1,33.10-5mol.L-1 b) Calcular Kps [Ag+] = [Cl-] = 1,33.10-5mol/L Kps = [Ag+] . [Cl-] Kps = (1,33.10-5mol/L) . (1,33.10-5mol/L) = 1,74 . 10-10 Exercícios: Cálculos de Kps a partir da Solubilidade 11 Produtos de solubilidade, solução aquosa, 25ºC Nome do composto Fórmula do sal Kps Cloreto de chumbo PbCl2 1,7. 10-5 Carbonato de bário BaCO3 8,1.10-9 Carbonato de cálcio CaCO3 4,8.10-9 Cloreto de prata AgCl 1,8.10-10 Cloreto de mercúrio I Hg2Cl2 3,5.10-18 Hidróxido de alumínio Al(OH)3 8,5.10-23 Hidróxido de ferro Fe(OH)3 3,8.10-38 Sulfeto de cobre (II) CuS 1,0.10-44 Sulfeto de mercúrio HgS 4,0.10-54 Sulfeto de zinco ZnS 1,0.10-23 Valores de Kps de alguns sais 12 Quanto maior o valor do Kps mais solúvel é o sal Substâncias e íons Fórmula geral Solubilidade Exceção (insolúveis) Ácidos orgânicos R-COOH solúveis -------- Metais alcalinos solúveis Li+ Nitratos Mn+NO3 - solúveis --------- Acetatos R-COO-Mn+ solúveis R-COO-Ag+ Sulfetos Mn+S2- Insolúveis Hidróxido de metais alcalinos e NH4 Cloreto, Brometo e Iodeto Mn+X- solúveis Iodetos e cloretos de Pb2+, Ag2 2+, Hg2 2+ Carbonatos e sulfitos Mn+CO3 Mn+SO3 2- Insolúveis Carbonatos e sulfitos de metais alcalinos e NH4 Hidróxidos Mn+(OH)n- Insolúveis Hidróxido de metais alcalinos e NH4 Regras de solubilidade 13 Se: [Ba2+] . [SO4 2-] Kps solução supersaturada Kps e formação de precipitado BaSO4(s) Ba2+ (aq) + SO4 -2 (aq) [Ba2+] . [SO4 -2] = Kps 14 Exercício 3: 10 mL de NaCl 0,010 M é adicionado a 10 mL de AgNO3 0,2 M. Ocorrerá formação de precipitado? (Kps AgCl= 1,7 .10-10) . AgNO3(aq) + NaCl(aq) AgCl(aq?) ou (s?) + NaNO3(aq) AgCl Ag+ + Cl- Kps = [Ag+] . [Cl-] Produto de solubilidade e o Quociente da reação Lembrete: Molaridade (M) = mol.L-1 ou mol/L 1Litro -10000mL 15 a) Calcular a molaridade (M) da solução diluída Mi .Vi = Mf . Vf [Ag+] 0,20 . 0,010 = Mf. 0,020 Mf = 0,1 M [Cl-] 0,010 . 0,010 = Mf. 0,020 Mf. = 5.10-3M b) Calcular o quociente da reação (Q) Qps = [Ag+] . [Cl-] Qps = [0,1] . [5,0x10-3] Qps = 5,0x10-4 Qps (5,0x10-4) > Kps (1,7x10-10) 16 ➢ Se Qps = Kps a solução é saturada. ➢ Se Qps Kps a solução é supersaturada. Considerações sobre as relações entre Kps e Qps 17 Exercício 4. Misturam-se 200 mL de BaCl2 0,004M com 600mL de K2SO4 0,0080M. Haverá formação de precipitado? Kps BaSO4 = 1,1 x 10-10 . BaCl2 + K2SO4 BaSO4 + 2KCl BaSO4 Ba2+ + SO4 2- Kps = [Ba2+] . [SO4 2-] Produto de solubilidade e o Quociente da reação: 18 Ba2+ SO4 2- Mi .Vi = Mf . Vf 0,004 . 200 = Mf . 800 Mf = 0,001 M Mi .Vi = Mf . Vf 0,008 . 600 = Mf . 800 Mf = 0,006 M Qps = [Ba2+] . [SO4 2-] Qps = (0,001) . (0,006) Qps = 6,0.10-6 Qps (6,0.10-6) > Kps (1,1 x 10-10) Ocorrerá precipitação Produto de solubilidade e o Quociente da reação: Exercício 4 19 Fatores que afetam a Solubilidade Fatores Físicos Fatores Químicos Temperatura Natureza do solvente Tamanho da Partícula Força Iônica Efeito do Íon Comum Reações Ácido base – Efeito do pH Reações de formação de complexos Fatores que afetam a solubilidade 21 I) Pressão: Não exerce efeito significativo. II) Temperatura: solubilidade aumenta com o aumento da temperatura se a dissolução for endotérmica (Princípio de Le Chatelier). Se a dissolução for exotérmica, ocorre o contrário. Quando a quantidade de calor absorvida em (a) é maior que a despendida em (b), o processo de dissolução é ENDOTERMICA → Solubilidade aumenta com a temperatura AB (s) + H = A + + B- Quando a quantidade de calor liberado em (b) é maior que a despendida em (a), o processo de dissolução e dissociação é EXOTERMICO → Solubilidade diminui com a temperatura AB (s) = A + + B- + H EFEITO DA TEMPERATURA Durante a dissolução e a dissociação de um sólido ocorrem dois processos que envolvem a absorção e desprendimento de calor. a) Separação de íons ou moléculas do soluto → para isso é necessário absorção de calor b) Solvatação (hidratação dos íons) → envolve o desprendimento de calor (íon hidratado é mais estável) ✓ na temperatura de 50°C, a quantidade máxima de KNO3 que se dissolve em 100g de água são 80 g. A solução em questão é saturada. ✓para obtermos uma solução saturada KNO3 a 80 °C, teria que dissolver 160 g de KNO3 em 100 g de água. 23 24 Constante Dielétrica () é a medida do efeito de um meio sobre a interação entre cargas opostas Em meios com alta , a atração entre íons de carga opostas diminui e fica mais fácil separa-los, favorecendo o processo de dissolução/ dissociação Lei de Coulomb : F= q1 . q2 / r2 . Solvente H20 80 Metanol 32,3 Etanol 25 Acetona 21,3 Efeito da natureza do solvente Exemplo da prática: teste do sódio com uranil e álcool etílico→ diminui a solubilidade Efeito do íon comum ✓ Lei das Ação das Massas descrita no princípio de Le Chatelier. O efeito do íon comum é responsável pela redução da solubilidade. A solubilidade diminui devido a presença de um segundo soluto que contenha um íon igual a um de seus próprios íons (Princípio de Le Chatelier, V1