Equilíbrios de Solubilidade

Transcrição

1 Equilíbrio entre um sal sólido e seus íons dissolvidos em uma solução saturada Aplicação no tratamento do esgoto sanitário a) Produto de Solubilidade: constante de equilíbrio entre um sólido e seus íons dissolvidos Bi 2 S 3 (s) 2Bi 3+ (aq) + 3S 2 (aq) K = (a Bi 3+)2 (a S 2 ) 3 a Bi2 S 3 a Bi2S 3 = 1 (sólido puro) K = (a Bi 3+) 2 (a S 2 ) 3 K = K ps : constante do produto de solubilidade ou constante de solubilidade Como esse sal é pouco solúvel abi 3+ [ Bi 3+] e a S 2 [ S 2 ] Logo, K ps = [ Bi 3+] 2 [ S 2 ] 3

2 O produto de solubilidade é geralmente aplicado apenas a sais pouco solúveis Em compostos quase insolúveis a dissociação dos íons raramente é completa Tabela: Constantes de solubilidade de interesse ambiental.

3 Tabela: Constantes de solubilidade de interesse ambiental (cont).

4 Tabela: Constantes de solubilidade de interesse ambiental (cont).

5 Problema A solubilidade molar (s) do iodato de chumbo(ii), P b (IO 3 ) 2, é 40µmol L 1, em 25 C. Qual o valor de K ps do iodato de chumbo(ii) em 25 C?

6 Problema A solubilidade molar (s) do iodato de chumbo(ii), P b (IO 3 ) 2, é 40µmol L 1, em 25 C. Qual o valor de K ps do iodato de chumbo(ii) em 25 C? Como a solubilidade molar é pequena K ps deve ser pequeno Escreva a equação química P b (IO 3 ) 2 (s) P b 2+ (aq) + 2IO 3 (aq) Escreva a expressão do produto de solubilidade K ps = [ P b 2+] [ IO 3 Relação entre P b (IO 3 ) 2 e P b 2+ ] 2 1 mol de P b (IO 3 ) 2 1 mol de P b 2+ [ P b 2+ ] = s

7 Relação entre P b (IO 3 ) 2 e IO3 1 mol de P b (IO [ 3 ) ] 2 2 mols de IO3 = 2s Como K ps = [ P b 2+] [ IO 3 IO3 ] 2 K ps = (s) (2s) 2 = 4s 3 K ps = 4 ( ) 3 K ps = 2,

8 Problema O produto de solubilidade do sulfato de prata, Ag 2 SO 4, é 1, Qual a solubilidade desse sal em água em 25 C?

9 Problema O produto de solubilidade do sulfato de prata é 1, Qual a solubilidade desse sal em água em 25 C? Considere que o sal se dissocia completamente e que o ânion não é protonado pela água Escreva a equação química Ag 2 SO 4 (s) 2Ag + (aq) + SO4 2 (aq) Escreva a expressão do produto de solubilidade Relação entre Ag 2 SO 4 e Ag + K ps = [ Ag +] 2 [ SO mol de Ag 2 SO 4 2 mols de Ag + [ Ag + ] = 2s ]

10 Relação entre Ag 2 SO 4 e SO4 2 1 mol de Ag [ 2 SO 4 ] 1 mol de SO4 2 SO 2 = s Como K ps = [ Ag +] 2 [ SO ] K ps = (2s) 2 (s) = 4s 3 1, = 4s 3 s = s = 15 mmol/l

11 b) Efeito do íon comum Precipitar um íon de um sal pouco solúvel Remoção de metais pesados em estações de tratamento por precipitação na forma de hidróxidos Princípio de Le Chatelier: se adicionarmos um segundo sal ou um ácido que fornece um dos mesmos íons um íon comum a uma solução saturada de um sal, o equilíbrio se desloca, diminuindo a concentração dos íons adicionados AB(s) A + (aq) + B (aq) Adição de mais B à solução A + (aq) AB(s) Adição de mais Cl à uma solução saturada de KCl (VÍDEO)

12 Figura: a) Cátions e ânions em solução aquosa ; b) Quando mais ânions são adicionados, a concentração de cátions decresce

13 Exemplo Considere a reação AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) com K ps = 1, em 25 C e a solubilidade molar do AgCl em água = 13 µmol/l. Adição de NaCl à solução [Cl ] Como K ps = [ Ag +] [Cl ] é constante: [Cl ] [ Ag +] Com menos Ag + em solução a solubilidade do AgCl em uma solução de NaCl é menor do que em água pura

14 Problema Primeiramente, vamos avaliar a [ Ag +] em uma solução aquosa de AgCl em 25 C, cujo K ps = 1, K ps = [ Ag +] [Cl ] 1 mol de AgCl 1 mol de Ag + 1 mol de Cl K ps = [ Ag +] 2 = [ Ag + ] = 1,

15 Problema Agora, determine a solubilidade do cloreto de prata em uma solução 1, mol/l de NaCl(aq), em 25 C. Devido à presença de um íon comum, a solubilidade do AgCl em uma solução de NaCl deve ser inferior à solubilidade em água Escreva a equação do produto de solubilidade e resolva para a concentração dos íons prata

16 Problema Qual a solubilidade do cloreto de prata em uma solução 1, mol/l de NaCl(aq), em 25 C? AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) K ps = [ Ag +] [Cl ] [ Ag + ] = K ps / [Cl ] Se [NaCl] = [Cl ] = 1, e K ps = 1, [ Ag + ] 1, = = 1, , Resumo A concentração dos íons Ag + é 1, , que é 10 vezes menor que a solubilidade do AgCl em água pura, como esperado.

17 c) Força Iônica Muitos íons em solução a i = γ i [i] O coeficiente de atividade mede o desvio do comportamento ideal Na reação Hg2 (IO 3 ) 2 (s) Hg IO3 a constante de equilíbrio é: K ps = a Hg 2+ a 2 2 IO 3 [ ] [ ] K ps = γ Hg 2+ Hg γ 2 IO IO Se as concentrações de Hg2 2+ e IO3 aumentam quando se adiciona um segundo sal, que aumenta a força iônica, os coeficientes de atividade diminuem com o aumento da força iônica. Quando discutimos Atividades: a H2O = 1 mas para a água do mar, que contêm muitos sais dissolvidos γ 0, 98

18 d) Precipitação Quociente da reação Em um determinado momento da reação A m B n (s) ma(aq) + nb(aq) Q ps = [A] m [B] n Podemos comparar esse Q ps com o K ps

19 Exemplo Iodeto de chumbo precipita quando reagem iguais volumes de P b(no 3 ) 2 (aq) 0,2 mol/l e KI(aq) 0,2 mol/l? P bi 2 apresenta K ps = 1, em 25 C P bi 2 (s) P b 2+ (aq) + 2I (aq) K ps = [P b 2+ ][I ] 2 Como foram usados volumes iguais, o volume final é o dobro e, consequentemente, as concentrações serão metade das originais: [P b 2+ (aq)] = [P b(no 3 ) 2 (aq)]/2 = 0, 2/2 = 0, 1 mol/l [I (aq)] = [KI(aq)]/2 = 0, 2/2 = 0, 1 mol/l Q ps = [P b 2+ ][I ] 2 = 0, 1 0, 1 2 = 10 3 como Q ps > K ps = P bi 2 precipita nessas condições.

20 P b(no 3 ) 2 (aq) + KI(aq) P bi 2 (s) + KNO 3 (aq)

21 Exemplo Cloreto de prata precipita quando 200 ml de AgNO 3 (aq) 10 4 mol/l reagem com 900 ml de KCl(aq) 10 6 mol/l? Dado: K ps para AgCl(s) vale 1, em 25 C

22 Exemplo Cloreto de prata precipita quando 200 ml de AgNO 3 (aq) 10 4 mol/l reagem com 900 ml de KCl(aq) 10 6 mol/l? AgCl apresenta K ps = 1, em 25 C AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) K ps = [Ag + ][Cl ] O volume final é 1,1 L: [Ag(aq)] = [AgNO 3 (aq)] 0, 2/1, 1 = 1, mol/l [Cl (aq)] = [KCl(aq)] 0, 9/1, 1 = 8, mol/l Q ps = [Ag + ][Cl ] = 1, , = 1, como Q ps < K ps = AgCl não precipita nessas condições.

23 AgNO 3 (aq) + KCl(aq) AgCl(s) + KCl(aq)

24 e) Complexos Iônicos A solubilidade de um sal aumenta se ele puder formar um complexo iônico com outras espécies em solução Ag + (aq) + 2NH 3 (aq) Ag(NH 3 ) + (aq) Na presença de amônia em quantidade suficiente, todo o precipitado de halogeneto de prata se dissolve