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Equilíbrio de Solubilidade Prof. Ricardo Lima Prof. Sherlan Lemos Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Disciplina: Química Analítica Clássica Sumário Solubilidade, Solubilidade Molecular e Produto de Solubilidade Fatores que afetam a solubilidade Efeito da temperatura e da pressão Efeito da natureza do solvente Efeito do pH Efeito do Íon Comum Efeito do Íon Estranho Solubilidade MA(s) MA(aq) MA(aq) M+ M+ M+ M+ M+ A- A- A- A- A- MA(s) ↔ MA(aq) ↔ M+ + A- Solubilidade Intrínseca ou Molecular (S0) Solubilidade = + [M+] (ou [A-]) Solubilidade MA(s) MA(aq) MA(aq) M+ M+ M+ M+ M+ A- A- A- A- A- MA(s) ↔ M+(aq) + A-(aq) ][MA ]][A[M K (s) - aqaq + = ]][A[M]MA[K -aqaq(s) +=× ]][A[MK -aqaqps += Solubilidade Exemplo: Em água, o ácido 2,4,6 triclorofenol (Cl3C6H2OH) tem uma solubilidade de 4,0 x 10-3 mol L-1 e uma constante de dissociação ácida de 1,0 x 10-6. Calcule a solubilidade molecular. Cl3C6H2OH(s) ↔ Cl3C6H2OH(aq) ↔ H+(aq) + Cl3C6H2O-(aq) S0 = [Cl3C6H2OH] – [H+] = 4,0 x 10-3 – 6,27 x 10-5 = 3,94 x 10-3 mol L-1 ]OHHC[Cl ]OHC][Cl[H K (aq)263 - aq263aq a + = ][H-100,4 ][H 100,1 aq 3 2 aq6 +− + − × =× 0104,0-][H100,1][H -9aq 62 aq =××+ +−+ 15- 263aq 1027,6 ]OHCCl[][H −−+ ×== Lmol Produto de Solubilidade MA(s) ↔ MA(aq) ↔ M+ + A- Solubilidade (S) = S0 + [M+] (ou [A-]) Se considerarmos a dissociação completa de MA(aq) (ou seja, S0 = 0) Nesse caso S = [M+] Kps = [M+][A-] [M+] = [A-] Kps = [M+]2 [M+] = (Kps)1/2 S = (Kps)1/2 Produto de Solubilidade Exemplo: A solubilidade do AgCl a 10oC é 0,000089 g/100 mL. O peso molecular do AgCl é 143,32. Qual a solubilidade em mol/L e o produto de solubilidade nesta temperatura? n = massa(g) / mol(g) 6,21 x 10-7 mols – 100 mL n = 8,9 x 10-5 / 143,32 S – 1000 mL n = 6,21 x 10-7 mols S = 6,21 x 10-6 mol L-1 S = (Kps)1/2 6,21 x 10-6 = (Kps)1/2 Kps = (6,21 x 10-6 )2 Kps = 3,86 x 10-11 Produto de solubilidade de alguns sais Produto de Solubilidade Consideremos um sal moderadamente solúvel do tipo M2A: M2A(s) ↔ 2M+ + A2- Kps = [M+]2 [A2-] M2A(s) ↔ 2M+ + A2- 2S S Kps = [M+]2 [A2-] Kps = (2S)2 . S Kps = 4S2 . S Kps = 4S3 S = (Kps/4)1/3 Em geral, para sais moderadamente solúveis da forma CxAy e sob as mesmas condições, tem-se: CxAy(s) ↔ xCy+ + yAx- Kps = [Cy+]x [Ax-]y Kps = xx yy S(x+y) )yx( yx ps yx K S += Produto de Solubilidade Exemplo: O produto de solubilidade do CaF2 é 4,0 x 10-11. Calcule a solubilidade (S). CaF2 → Ca2+ + 2F- S 2S Kps = [Ca2+][F-]2 Kps = S . (2S)2 Kps = 4S3 S = (4,0 x 10-11 /4)1/3 S = 2,2 x 10-4 mol L-1 Exemplo: O produto de solubilidade do Fe2S3 a 25oC é 1,4 x 10-88. Qual a solubilidade molar a esta temperatura? Fe2S3 ↔ 2 Fe3+ + 3 S2- 2S 3S Kps = [Fe3+]2 [S2-]3 Kps = (2S)2 x (3S)3 Kps = 108 S5 5 ps 108 K S = 5 88 108 101,4S −× = = 9,0 x 10-19 mol L-1 Produto de Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Efeito da Temperatura A dissociação de um sal solúvel aumentará de maneira geral com o aumento da temperatura. Conseqüentemente, a solubilidade molar aumentará. Exemplo: AgCl a 25oC : 1,78 mg L-1 S = 1,25 x 10-5 mol L-1 Kps = 1,56 x 10-10 a 100oC : 21,1 mg L-1 S = 1,48 x10-4 mol L-1 Kps = 2,17 x 10-8 Efeito da Natureza do Solvente A natureza bipolar da molécula de água possui efeitos atrativos na solubilização de 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. Efeito do pH Freqüentemente, os íons em equilíbrio com seu precipitado encontram-se envolvidos em outros equilíbrios. Por exemplo, se o ânion do sal pouco solúvel é de um ácido fraco, a solubilidade irá variar com o pH. Equilíbrio para um sal CA de ácido fraco HA: CA(s) ↔ C+ + A- A- + H3O+ ↔ HA + H2O As equações associadas ao equilíbrio são: Kps = [C+] [A-] [HA] ]][A[HKa −+ = Fatores que afetam a Solubilidade Efeito do pH Kps = [C+] [A-] Kps = S.[A-] [A-] = Kps / S S = [HA] + [A-] [HA] ]][A[HKa −+ = a - K ]][A[H ][A S −+ += += + a - K ][H1 ][A S += + a - K ][H1 ][A S += + aK ][H1 S Kps S += + a ps 2 K ][H1 K S += + a ps K ][H1 K S Fatores que afetam a Solubilidade Efeito do pH Exemplo: Determine a solubilidade molar do acetato de prata à 25ºC em solução aquosa pH 3 no equilíbrio. Dados: Ka (CH3COOH)=1,76 x 10-5. Kps (CH3COOAg)=2,30 x 10-3 S = 3,65 x 10-1 mol L-1 Obs: A solubilidade molar em água a 25ºC é S = (Kps)1/2 = 4,80 x 10-2 mol L-1 += + a ps K ][H1 K S × +×= − − − 5 3 3 101,76 101102,30S Fatores que afetam a Solubilidade Efeito do pH De forma geral, para um sal CxAy e um ácido HaA (onde a = 1, ácido monobásico): Efeito do Íon Comum Presença na solução de um íon comum com um dos íons do sal solúvel. Exemplo: AgCl Kps = 1,56 x 10-10 Solubilidade em água: Kps = [Ag+][Cl-] = S2 S = 1,25 x 10-5 y)(x y 1)(aa 2 a yx ps KK ][H K ][H1 yx K S + − ++ +++= Fatores que afetam a Solubilidade Efeito do Íon Comum Solubilidade AgCl em água (25ºC): Kps = [Ag+][Cl-] = S2 S = 1,25 x 10-5 Solubilidade em soluções aquosas de Cl- : [Cl-] = 0,001 mol L-1 Kps = [Ag+][Cl-] Kps = S x 0,001 S = 1,56x10-10 / 0,001 = 1,56 x 10-7 [Cl-] = 0,1 mol L-1 S = 1,56 x 10-10 / 0,1 S = 1,56 x 10-9 mol L-1 Fatores que afetam a Solubilidade Efeito do Íon Estranho Muitos dos sais mostram um aumento de solubilidade na presença de concentrações crescentes de sais contendo íons diferentes daqueles do sal solúvel. O produto de solubilidade termodinâmico é: Para soluções diluídas, os coeficientes de atividade são aproximadamente igual a 1. Quando uma concentração significante de outros íons se faz presente há um decréscimo dos valores de como resultado do efeito de atração interiônica de Debye-Hückel. Assim: −+ αα= AB o psK ]A[]B[K AB o ps −+ −+ γγ= −+ =−+ AB o psKAB γγ ]][[ −+−+ γγ > γγ AB o ps AB o ps KK (íon diverso) (íon comum) Fatores que afetam a Solubilidade −+ AB γγ Efeito do Íon Estranho Exemplo: Determine o efeito de uma solução 0,10 mol L-1 KNO3 na solubilidade molar do Ag2CrO4 a 25ºC, dado Kps = 9,0 x 10-12. Solubilidade em água Ag2CrO4 ↔ 2 Ag+ + CrO42- 2S S Kps = [Ag+]2 [CrO42-] Kps = (2S)2 x S S = (Kps/4)1/3 = 1,31 x 10-4 mol L-1 Solubilidade em 0,10 mol L-1 KNO3 I = ½ S Ci Zi2 ( I = força iônica). Considerada em termos do KNO3 I = ½ {0,1(1)2 + 0,1(-1)2} = 0,1 −+ γγ =−+ AB o psK]A][B[ )()( K K 2 4CrO 2Ag o ps ps −+ γγ = −+ γ−γ−= 2 4CrOAg o psps loglog2KlogKlog Fatores que afetam a Solubilidade Efeito do Íon Estranho log Kps = -11,05 + {2 x 0,509 x 12 x (0,1)1/2} + {1 x 0,509 x (-2)2 x (0,1)1/2 } log Kps = -11,05 + 0,32 + 0,32 log Kps = -10,41 Kps = 3,89 x 10-11 Kps = [Ag+]2 [CrO42-] Kps = (2S)2 x S S = (Kps/4)1/3 = 2,13 x 10-4 mol L-1 Solubilidade em água S = 1,31 x 10-4 mol L-1 Solubilidade em 0,10 mol L-1 KNO3 S = 2,13 x 10-4 mol L-1 −+ γ−γ−= 2 4CrOAg o psps loglog2KlogKlog I0,509Z = log- 2 iiγ Fatores que afetam a Solubilidade Equilíbrio �de �Solubilidade Sumário Solubilidade Solubilidade Solubilidade Produto de Solubilidade Produto de Solubilidade Slide Number 8 Produto de Solubilidade Produto de Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade Fatores que afetam a Solubilidade
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