BC Transformações Químicas

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1 Transformações Químicas BC0307 Prof. Anderson O. Ribeiro BC 0307 Transformações Químicas ANDERSON ORZARI RIBEIRO Bloco B, 10º andar - Sala

2 Transformações Químicas BC0307 Prof. Anderson O. Ribeiro BC 0307 Transformações Químicas AULA 11 Equilíbrio Químico: Produto de Solubilidade, K ps CAPÍTULO 9 e 11 Peter Atkins, Loretta Jones, Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, EXERCÍCIOS: Lista 4, de 4.58 a 4.79

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4 PROCESSO SOLVAY NH 3(g) + H 2 O (l) + CO 2(g) + NaCl (aq) NH 4 Cl (aq) + NaHCO 3(s) Na 2 CO 3(s) + CO 2(g) + H 2 O (g)

5 Etapas principais do Processo Solvay: 1. Saturação de uma solução aquosa de NaCl com amônia NH 3(g) + H 2 O (l) NH 4 OH (aq) 2. Saturação desta solução com CO 2 NH 4 OH (aq) + CO 2(g) NH 4 HCO 3(aq) 3. Reação do bicarbonato com NaCl NH 4 HCO 3(aq) + NaCl (aq) NH 4 Cl (aq) + NaHCO 3(s) 4. Produção do Na 2 CO 3 por calcinação 2NaHCO 3(s) Na 2 CO 3(s) + CO 2(g) + H 2 O (g) 5. Recuperação da amônia 2NH 4 Cl (aq) + Ca(OH) 2(s) 2NH 3(g) + CaCl 2(aq) + 2H 2 O (l)

6 PROCESSO SOLVAY NH 3(g) + H 2 O (l) + NaCl (aq) NH 4 Cl (aq) + NaHCO 3(s) Na 2 CO 3(s) + CO 2(g) + H 2 O (g)

7 Solubilidade G = H T. S Energia em processos de dissolução: Entalpia de Rede + Entalpia Hidratação H diss = H rede + H hidratação Figuras re Tabelas eitradas de: Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles:The Quest for Insight, 3 th Ed, 2004, W. H. Freeman & Company.

8 Curvas de Solubilidade - A maior parte das substâncias têm a solubilidade aumentada com o aumento da temperatura. - Soluções saturadas e insaturadas

9 Exemplo: Uma solução saturada de nitrato de potássio (KNO3) constituída, além do sal, por 100 g de água, está numa temperatura de 60 ºC. Essa solução é resfriada a 25 ºC, ocorrendo precipitação de parte do sal dissolvido, calcule: a) a massa do sal que precipitou; b) a massa do sal que permaneceu em solução.

10 Resolução: a) A massa do sal que precipitou; solubilidades do KNO3 em 100 g de água. a 60 ºC = 70 g de KNO3 a 25 ºC = 40 g de KNO3 Reduzindo a temperatura de 60 ºC para 25 ºC, precipitarão: 70 g 40 g = 30 g. b) A massa do sal que permaneceu em solução. Permaneceu em solução o valor do coeficiente de solubilidade na temperatura de 25 ºC, ou seja, uma massa de 40 g.

11 Equilíbrios de solubilidade A constante do produto de solubilidade, K ps Considere para o qual BaSO 4 (s) Ksp ps [Ba Ba 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) 2 ][SO K ps é o produto de solubilidade. (O BaSO 4 é ignorado, uma vez que é um sólido puro, logo, sua concentração é constante.) 2-4 ]

12 Solubilidade de Sólidos Iônicos - Avaliação do equilíbrio heterogêneo: H 2 O CaCO 3 (s) Ca CO 3 K= [Ca2+ ]. [CO 3 2- ] [CaCO 3 ] K. [CaCO 3 ] = [Ca 2+ ]. [CO 3 2- ] Kps = [Ca 2+ ]. [CO 3 2- ]

13 Exemplo: A solubilidade do iodeto de prata, AgCl, é 9,2 x 10-9 mol/l a 25 C. Calcule K ps para o AgCl. Primeiro passo: Escrever a expressão de Kps Segundo passo: Substituir as concentrações de equil. Pelos valores numéricos K ps = [Ag + ].[Cl - ] = (9,2 x 10-9 ). (9,2 x 10-9 ) = 8,5 x 10-17

14 Exemplo: Sabendo-se que o valor de K ps para MgF 2 é 5,2 x 10-11, calcule a solubilidade do sal em (a) mol por litro e (b) gramas por litro. Pela equação MgF 2(s) D Mg +2 (aq) + 2 F - (aq), temos: Kps = [Mg +2 ]. [F - ] 2 = 5,2 x Então: [Mg +2 ] = X e [F - ] = 2X Logo: Kps = (X). (2X) 2 = 4X 3 4X 3 = 5,2 x X = (5,2 x / 4) 1/3 (a) Solubilidade = X = 2,4 x 10-4 mol/l Como: MgF 2 = 62,3 g/mol, temos: (b) Solubilidade = 0,015 g/l

15 Fatores que afetam a solubilidade Solubilidade e ph Mais uma vez aplicamos o princípio de Le Châtelier: Se o F - é removido, então o equilíbrio desloca-se no sentido da diminuição e o CaF 2 se dissolve. O F - pode ser removido pela adição de um ácido forte: À medida que o ph diminui, a [H + ] e a solubilidade aumentam. O efeito do ph na solubilidade é drástico.

16 Exemplo: Se AgCl sólido é adicionado a 1,00L de NaCl 0,55M, que massa de AgCl se dissolverá? Dado: Kps (AgCl) = 1,8 x Em água: [Ag + ] = [Cl - ] = 1,3 x 10-5 mol/l Em solução de NaCl: [Ag + ] = [Cl - ] = 3,3 x mol/l Exercício: A concentração de íons bário (Ba +2 ), em uma solução é 0,010M. a) Que concentração de íons sulfato, (SO 4-2 ), é necessária para iniciar a precipitação de BaSO 4? b) Quando a concentração de íons sulfato na solução atinge 0,015M, que concentração de íons bário irá permanecer em solução? Dado: Kps = 1,1 x 10-10

17 Exemplo: Qual a solubilidade molar do PbI 2 em NaI 0.10 M? [ I K ( x ps ] 0,10 2x x(0,10) 2 0,10 então ou x 7, ,10 portanto a consideraçãoinicial é válida) M

18 Fatores que afetam a solubilidade Formação de íons complexos Considere a formação de Ag(NH 3 ) 2+ : O Ag(NH 3 ) 2 + é chamado de íon complexo. NH 3 (a base de Lewis ligada) é chamada de ligante. A constante de equilíbrio para a reação é chamada de constante de formação, K f :

19 Fatores que afetam a solubilidade Formação de íons complexos Considere a adição de amônia ao AgCl (precipitado branco): AgCl(s) Ag + (aq) + Cl - (aq) Ag + (aq) + 2NH 3 (aq) A reação global é + Ag(NH 3 ) 2 (aq) AgCl(s) + 2NH 3 (aq) + Ag(NH 3 ) 2 (aq) + Cl - (aq) Efetivamente, o Ag + (aq) foi removido da solução. Pelo princípio de Le Châtelier, a reação direta (a dissolução do AgCl) é favorecida.

20 Fatores que afetam a solubilidade Formação de íons complexos

21 Precipitação e separação de íons BaSO 4 (s) Ba 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) Em qualquer momento, Q = [Ba 2+ ][SO 4 2- ]. Se Q > K ps, a precipitação ocorre até que Q = K ps. Se Q = K ps, existe o equilíbrio. Se Q < K ps, o sólido se dissolve até que Q = K ps. Baseado nas solubilidades, os íons podem ser removidos seletivamente das soluções.

22 Precipitação e separação de íons Precipitação seletiva de íons Os íons podem ser separados uns dos outros com base na solubilidades de seus sais. Exemplo: se HCl é adicionado a uma solução contendo Ag + e Cu 2+, a prata precipita (K ps para AgCl é 1, ) enquanto o Cu 2+ permanece em solução. A remoção de um íon metálico de uma solução é chamada de precipitação seletiva.

23 Precipitação e separação de íons Considere uma mistura de íons Zn 2+ (aq) e Cu 2+ (aq). Adicione H 2 S lentamente. À medida que H 2 S é adicionado à solução verde, forma-se CuS preto em uma solução incolor de Zn 2+ (aq). CuS (K ps = ) é menos solúvel do que ZnS (K ps = ), o CuS será removido da solução antes do ZnS. Quanto mais H 2 S é adicionado, forma-se um segundo precipitado de ZnS branco.

24 Re-analisando... PROCESSO SOLVAY NH 3(g) + H 2 O (l) + CO 2(g) + NaCl (aq) NH 4 Cl (aq) + NaHCO 3(s) Na 2 CO 3(s) + CO 2(g) + H 2 O (g)