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prodotto di solubilità
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Equilibri eterogenei
Se almeno una delle specie chimiche che partecipano alla reazione si trova in una fase diversa si hanno equilibri eterogenei
Es.: Decomposizione del carbonato di calcio
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
solubilità
• Quando un eccesso di un sale ionico poco solubile è aggiunto all’acqua si stabililsce un equilibrio tra il solido e gli ioni della soluzione satura.
– Per il sale ossalato di calcio, CaC2O4, si ha l’equilibrio
(aq)OC(aq)Ca )s(OCaC 242
242
H2O
Costante Prodotto di Solubilità
– La costante di equilibrio per questa reazione è denominata Prodotto di Solubilità (Kps)
]OC][[CaK 242
2sp
• La costante di equilibrio è, come sempre: prodotti diviso reagenti
• La concentrazione del reagente, l’ossalato di calcio è omessa, poiché è un solido.
Costante Prodotto di Solubilità
• In generale, la costante prodotto di solubilità è la costante dell’equilibrio di solubilità di un composto ionico poco solubile
– Essa è uguale al prodotte delle concentrazioni all’equilibrio degli ioni del composto
– Ogni concentrazione è elevata alla potenza uguale al numero di tali ioni nella formula del composto.
Costante Prodotto di Solubilità
• Ksp è temperatura-dipendente.
– In genere la solubilità dei solidi ionici aumenta con la temperatura
– Per esempio, lo ioduro di piombo è un altro sale poco solubile
(aq)2I(aq)Pb )s(PbI 22
H2O
Costante Prodotto di Solubilità
• Le concentrazioni sono le concentrazioni molari degli ioni nella soluzione satura, all’equilibrio
• Esse sono correlate alla solubilità molare del composto ionico, che definisce le moli del composto che si sciolgono per fare un litro di soluzione satura
22sp ]I][[PbK
Calcolo di Kps dalla Solubilità
• Un campione di 1.0-L di una soluzione satura di ossalato di calcio CaC2O4, contiene 0.0061 g di sale 25°C. Calcolate la Kps per questo sale a 25°C.
– Convertiamo la solubilità del sale da 0.0061 g/litro a moli per litro.
42
424242 OCaC g128
OCaC mol 1)L/OCaC g 0061.0(OCaC M
L/OCaC olm 108.4 425
Calcolo di Kps dalla Solubilità
• Un campione di 1.0-L di una soluzione satura di ossalato di calcio CaC2O4, contiene 0.0061 g di sale 25°C. Calcolate la Kps per questo sale a 25°C
– quando 4.8 x 10-5 mol di solido si sciolgono formano 4.8 x 10-5 mol di ogni ione.
(aq)OC(aq)Ca )s(OCaC 242
242
H2O
4.8 x 10-5
+4.8 x 10-5
0 0 Iniziale
4.8 x 10-5 Equilibrio
+4.8 x 10-5 Cambiamento
Calcolo di Kps dalla Solubilità
– Sostituendo i valori nella espressione della Kps
]24
O2
C][2[Ca ps
K
)108.4)(108.4( 55 psK
9103.2 psK– Quindi Kps = 2.3 10-9 M2
Calcolo di Kps dalla Solubilità• Sperimentalmente si è trovato che 1.2 x 10-3 mol di ioduro
di piombo(II) PbI2 si sciolgono in 1.0 L di acqua a 25°C. qual’è la Kps a questa temperatura?
Iniziale 0 0cambiamento +1.2 x 10-3 +2 x (1.2 x 10-3)
Equilibrio 1.2 x 10-3 2 x (1.2 x 10-3)
(aq)2I(aq)Pb )s(PbI 22
H2O
22sp ]I][[PbK
233sp ))102.1(2)(102.1(K
9sp 109.6K Quindi Kps = 6.9 10-9 M3
Calcolo della Solubilità da Kps
• La fluorite è fluoruro di calcio, CaF2. Calcolate la solubilità (grammi per litro) del fluoruro di calcio in acqua dalla Kps (3.4 x 10-11)
x
+x
0 0 Iniziale
2x Equilibrio
+2x Cambiamento
(aq)2F(aq)Ca )s(CaF 22
H2O
Calcolo della Solubilità da Kps
– sostituendo
sp22 K]F][[Ca
112 104.3(x)(2x) 113 104.34x
– Risolvendo per x.
4311-
100.24103.4
x
Calcolo della Solubilità da Kps
– Convertendo da g/L (CaF2 78.1 g/mol).
2CaF 1
2CaF 1.78
/4100.2'solubilitamol
gLmol
L/CaF g106.1 22
Essi hanno lo stesso numero di ioni the nella formula, quindi si possono paragonare le Kps direttamente
• PbCrO4, Kps = 1.8 × 10-14
• PbSO4, Kps = 1.7 × 10-8
• PbS, Kps = 2.5 × 10-27
PbSO4 > PbCrO4 > PbS
Confronto Kps
Quale tra i seguenti Sali di Pb rilascia più piombo in soluzione? PbCrO4, Kps = 1.8 × 10-14 ; PbSO4, Kps = 1.7 × 10-8; PbS, Kps = 2.5 × 10-27
Solubilità e l’effetto dello ione comune
• Calcolo delle solubilità in presenza di altri ioni
– L’importanza della Kps risulta evidente quando si considera la solubilità di un sale nella soluzione di un altro con lo stesso catione (Es. CaF2 e CaCl2).
– L’effetto delle ione comune può essere anticipato dal principio di Le Chatelier
Un Problema• Quale è la solubilità molare del calcio
ossalato in calcio cloruro in 0.15 M? The Kps del calcio ossalato è 2.3 x 10-9.
– il calcio ossalato è aggiunto alla soluzione con 0.15 M Ca2+
(aq)OC(aq)Ca )s(OCaC 242
242
H2O
0.15+x+x
0.15 0Iniziale
xEquilibrio+xCambiamento
Un Problema– sostituendo
sp2
422 K]OC][[Ca
9103.2)x)(x15.0(
– Ci aspettiamo che x è trascurabile paragonato a 0.15
15.0103.2 9
x15.0103.2
x9
– riarrangiando
Un Problema
– riarrangiando
x15.0103.2
x9
15.0103.2 9
8105.1x
– Quindi la solubilità molare del calcio ossalato in 0.15 M CaCl2 è 1.5 x 10-8 M.
– Nell’acqua pura, essa era 4.8 x 10-5 M, che è più di 3000 volte superiore
Calcoli di Precipitazione
• La precipitazione è l’altro modo di guardare alla solubilità
– Ci sarà precipitazione a certe condizioni iniziali di concentrazione ionica?
Calcoli di Precipitazione• Per valutare se un sistema si sposta verso l’equilibrio si
può valutare il quoziente di reazione, Qc.
– Se Qc > Ksp, ci sarà precipitazione.
– Se Qc < Ksp, la soluzione è insatura.
– Se Qc = Ksp, la soluzione è satura.
Calcoli di Precipitazione– Consideriamo l’equilibrio.
(aq)2Cl(aq)Pb )s(PbCl 22
H2O
– la Qc è22
c ]Cl[][PbQ ii
Dove i indica le concentrazioni iniziali.
Calcoli di Precipitazione
• La concentrazione del calcio nel plasma sanguigno è 0.0025 M. Se la concentrazione di ossalato è 1.0 x 10-7 M, precipiterà calcio ossalato? La Kps del calcio ossalato è 2.3 x 10-9.
– Il quoziente ionico, Qc è:
ii ]OC[][CaQ 242
2c
)10(1.0(0.0025)Q 7-
c 10-
c 102.5Q
– Il valore è minore della Ksp (2.3 x 10-9), per cui non ci sarà precipitazione.
psKcQ 10-102.5
Calcoli di Precipitazione
(aq)2Cl(aq)Pb )s(PbCl 22
H2O