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PRODUTO DE SOLUBILIDADE KPS Prof Suellen Cadorin Fernandes suellenfernandesifcedubr 2 A uma dada temperatura existe uma quantidade limite de uma dada substância que se consegue dissolver num determinado volume de solvente e que se denomina solubilidade dessa substância nesse solvente A solubilidade é representada por S Por exemplo à temperatura de 25 C é possível dissolver cerca de 36 gramas de cloreto de sódio em 100 mL de água sendo portanto 36 g100 mL a solubilidade do cloreto de sódio em água A SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS IÔNICOS A SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS IÔNICOS A SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS IÔNICOS TABELA DE SOLUBILIDADE EM H₂O Compostos NH₄ Li Na K Rb Cs Nitratos NO₃ e Percloratos ClO₄ Acetatos H₃CCOO e Nitritos NO₂ Haletos F Cl Br I Sulfatos SO₄² Sulfetos S² Hidróxidos óxidos oxalatos C₂O₄² Carbonatos CO₃² Fosfatos PO₄³ Regra Solúveis Solúveis Solúveis Solúveis Solúveis Insolúveis Insolúveis Exceções KClO₄ AgH₃CCOO Ag Hg² Pb² Ba² Sr² Ca² Ra² Pb² Li Na K Rb Cs NH₄ Ca² Mg² Sr² Ba² Li Na K Rb Cs NH₄ 5 EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Considerando uma solução saturada de cloreto de prata AgCl Se continuarmos a adicionar AgCl a uma solução saturada verificamos que há formação de precipitado e passamos a ter uma solução heterogênea com uma fase líquida e uma fase sólida Nestas condições ocorre um equilíbrio entre estas duas fases designado por equilíbrio em soluções saturadas de sais e que neste caso pode ser representado por AgCl s AgCl aq O momento em que a velocidade de dissolução igualase à velocidade de precipitação corresponde ao instante em que se estabelece o equilíbrio de solubilidade do sal em estudo 6 CONSTANTE DO PRODUTO DE SOLUBILIDADE Kps Solução de BaIO32s ocorre o seguinte equilíbrio Obs BaIO32s estado padrão 1 Portanto o equilíbrio independe da quantidade de sólido em contato com a solução BaIO32s Ba2 aq 2IO3 Kps Ba2 IO32 7 Com o valor da solubilidade do eletrólito é possível determinar o valor de KPS Vamos analisar vários eletrólitos com diferentes proporções de cátions e ânions CONSTANTE DO PRODUTO DE SOLUBILIDADE Kps 8 Exemplo 1 No equilíbrio as concentrações de Ca2 e de CO3 2 são iguais a 7x105 mol L1 CaCO3 proporção 11 CaCO3s Ca2 aq CO3 2 aq A solubilidade desse sal S é a quantidade em mol de CaCO3s dissolvido A quantidade de íons em solução será CaCO3s Ca2aq CO3 2aq s mol s mol s mol KPS e Solubilidade Kps Ca2 CO3 2 Kps s s Kps 7x105 7x105 Kps 49x109 9 KPS e Solubilidade Exemplo 2 MgOH2 proporção 12 MgOH2s Mg2aq 2OHaq S 14 x 104 mol L1 Qual o valor do Kps MgOH2s Mg2aq 2OHaq s mol s mol 2s mol Kps Mg2 OH2 Kps s 2s2 Kps 4s3 Kps 4 14x1043 Kps 110x1011 10 Exemplo 3 AlOH3 proporção 13 AlOH3s Al3aq 3OHaq S 247 x 109 mol L1 Qual o valor do Kps AlOH3s Al3aq 3OHaq s mol s mol 3s mol KPS e Solubilidade Kps Al3 OH3 Kps s 3s3 Kps 27s4 Kps 27 247 x 109 4 Kps 100x1033 11 Exemplo 4 Ca3PO42 proporção 32 Ca3PO42s 3Ca2aq 2PO4 3aq s 164 x 107 Qual o valor do Kps Ca3PO42s 3Ca2aq 2PO4 3aq s mol 3s mol 2s mol KPS e Solubilidade Kps Ca23 PO4 32 Kps 3s3 2s2 Kps 27s3 4s2 Kps 108s5 Kps 108 164x1075 Kps 128x1032 12 De maneira inversa podese calcular a solubilidade do eletrólito conhecendo o valor de KPS Exemplo 5 O valor de KPS do PbCrO4 é de 16x1015 portanto sua solubilidade será PbCrO4s Pb2aq CrO4 2aq s mol s mol s mol KPS e Solubilidade Kps Pb2 CrO4 2 Kps s s 16x1015 s2 s 16x1015 s 4x108 mol L1 13 Exemplo 6 A solubilidade do AgCl a 10oC é 0000089 g100 mL O peso molecular do AgCl é 14332 g mol1 Qual a solubilidade molar e o produto de solubilidade nesta temperatura n m PM n 0000089 g 14332 g mol1 n 133x106 mol n V 133x106 mol 01 L 133x105 mol L1 AgCls Agaq Claq s mol s mol s mol Kps Ag Cl Kps s s Kps s2 Kps 133x1052 Kps 182x1010 KPS e Solubilidade 14 Exemplo 7 A solubilidade do Ag3PO4 é 020 mg por 100mL Calcular seu Kps Massa molar do Ag3PO4 419 g mol1 n m PM n 00002g 419 g mol1 n 477x107 mol n V 477x107 mol 01 L 477x106 mol L1 Ag3PO4s 3Agaq PO4 3aq s mol 3s mol s mol Kps Ag3 PO4 3 Kps 3s3 s Kps 27s4 Kps 27477x1064 Kps 140x1020 1g 1000 mg x 020 mg x 00002 g KPS e Solubilidade 15 Exemplo 8 O Kps para o BaSO4 é 10 x 1010 Se em 1L de solução existem 00010 mol de Ba2 e 000010 mol de SO4 2 haverá precipitação de BaSO4 KPS e Solubilidade BaSO4s Ba2aq SO4 2aq s mol s mol s mol Q Ba2 SO4 2 Q 00010 000010 Q 1x107 Como Q Kps haverá formação de precipitado 16 Exemplo 9 Calcular a concentração de íon sulfeto necessária para iniciar a precipitação de FeS em uma solução 10x104 mol L1 em Fe2 Kps 5x1018 KPS e Solubilidade FeSs Fe2aq S2aq s mol s mol s mol Kps Fe2 S2 5x1018 1x104 S2 S2 5x1014mol L1 17 Exemplo 10 Determine a massa de cloreto de chumbo que se pode dissolver em 250 mL de água PM 278 g mol1 Kps 17x105 KPS e Solubilidade PbCl2s Pb2aq 2Claq s mol s mol 2s mol Kps Pb2 Cl2 17x105 s 2s2 17x105 4s3 s3 425x106 s 0016 mol L1 18 Exemplo 10 Determine a massa de cloreto de chumbo que se pode dissolver em 250 mL de água PM 278 g mol1 Kps 17x105 KPS e Solubilidade Cálculo do número de mols que se dissolve n V n 0016 mol L1 025 L n 405x103 mol Cálculo da massa que se dissolve n m PM 405x103 mol m 278 g mol1 m 112g PbCl2s Pb2aq 2Claq s mol s mol 2s mol 19 Determinação da solubilidade a partir do Kps 20 Dica O sal mais solúvel é aquele que tiver maior concentração molar dos seus íons no equilíbrio e não necessariamente aquele que tiver o maior Kps Determinação da solubilidade a partir do Kps s 13x105 mol L1 s 911x109 mol L1 s 707x108 mol L1 s 605x105 mol L1 s 161x105 mol L1 X 605x105 21 Fatores que afetam a solubilidade Efeito do íon comum O efeito do íon é uma consequência da Lei das Ação das Massas descrita no princípio de Le Chatelier O efeito do íon comum é responsável pela redução da solubilidade de um precipitado iônico quando um composto solúvel contendo um dos íons do precipitado é adicionada à solução que está em equilíbrio com o precipitado Exemplo a solubilidade do AgCl em solução 10 x 103molL1em Cl é cerca de 100 vezes menor que em H2O 22 Exemplo 11 Calcular a solubilidade de AgI em uma solução de NaI 010 mol L1 a 25C Kps para AgI é 85 x 1017 a 25C Agls Agaq laq s mol s mol 010 s mol Kps Ag l 85x1017 s 010 s s 85x1016 mol L1 85x1017 010 s Kps Ag l 85x1017 s s s 922x109 mol L1 85x1017 s2 23 Fatores que afetam a solubilidade Dependência da temperatura Dependendo dos tipos de reações que ocorrem quando da mistura das soluções o Kps pode aumentar ou diminuir Assim podem ocorrer dois casos distintos Reação endotérmica o Kps aumenta com o aumento da temperatura indicando também um aumento da solubilidade Reação exotérmica o Kps diminui com o aumento da temperatura diminuindo também a solubilidade 24 Fatores que afetam a solubilidade Influência do pH da solução na solubilidade Num equilíbrio de dissolução em que entram íons OH tal como o equilíbrio de dissolução do hidróxido de cálcio por exemplo o pH da solução irá afeta a solubilidade do sólido CaOH2s Ca2 aq 2 OH aq aumentando o pH na solução o equilíbrio deslocase no sentido da formação de CaOH2 sólido reduzindo então a solubilidade deste diminuindo o pH vamos reduzir a concentração de íons OH em solução pelo que a solubilidade aumenta 25 Fatores que afetam a solubilidade Efeito da natureza do solvente A natureza polar da molécula de água exerce efeitos de solvatação sobre 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
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PRODUTO DE SOLUBILIDADE KPS Prof Suellen Cadorin Fernandes suellenfernandesifcedubr 2 A uma dada temperatura existe uma quantidade limite de uma dada substância que se consegue dissolver num determinado volume de solvente e que se denomina solubilidade dessa substância nesse solvente A solubilidade é representada por S Por exemplo à temperatura de 25 C é possível dissolver cerca de 36 gramas de cloreto de sódio em 100 mL de água sendo portanto 36 g100 mL a solubilidade do cloreto de sódio em água A SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS IÔNICOS A SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS IÔNICOS A SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS IÔNICOS TABELA DE SOLUBILIDADE EM H₂O Compostos NH₄ Li Na K Rb Cs Nitratos NO₃ e Percloratos ClO₄ Acetatos H₃CCOO e Nitritos NO₂ Haletos F Cl Br I Sulfatos SO₄² Sulfetos S² Hidróxidos óxidos oxalatos C₂O₄² Carbonatos CO₃² Fosfatos PO₄³ Regra Solúveis Solúveis Solúveis Solúveis Solúveis Insolúveis Insolúveis Exceções KClO₄ AgH₃CCOO Ag Hg² Pb² Ba² Sr² Ca² Ra² Pb² Li Na K Rb Cs NH₄ Ca² Mg² Sr² Ba² Li Na K Rb Cs NH₄ 5 EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Considerando uma solução saturada de cloreto de prata AgCl Se continuarmos a adicionar AgCl a uma solução saturada verificamos que há formação de precipitado e passamos a ter uma solução heterogênea com uma fase líquida e uma fase sólida Nestas condições ocorre um equilíbrio entre estas duas fases designado por equilíbrio em soluções saturadas de sais e que neste caso pode ser representado por AgCl s AgCl aq O momento em que a velocidade de dissolução igualase à velocidade de precipitação corresponde ao instante em que se estabelece o equilíbrio de solubilidade do sal em estudo 6 CONSTANTE DO PRODUTO DE SOLUBILIDADE Kps Solução de BaIO32s ocorre o seguinte equilíbrio Obs BaIO32s estado padrão 1 Portanto o equilíbrio independe da quantidade de sólido em contato com a solução BaIO32s Ba2 aq 2IO3 Kps Ba2 IO32 7 Com o valor da solubilidade do eletrólito é possível determinar o valor de KPS Vamos analisar vários eletrólitos com diferentes proporções de cátions e ânions CONSTANTE DO PRODUTO DE SOLUBILIDADE Kps 8 Exemplo 1 No equilíbrio as concentrações de Ca2 e de CO3 2 são iguais a 7x105 mol L1 CaCO3 proporção 11 CaCO3s Ca2 aq CO3 2 aq A solubilidade desse sal S é a quantidade em mol de CaCO3s dissolvido A quantidade de íons em solução será CaCO3s Ca2aq CO3 2aq s mol s mol s mol KPS e Solubilidade Kps Ca2 CO3 2 Kps s s Kps 7x105 7x105 Kps 49x109 9 KPS e Solubilidade Exemplo 2 MgOH2 proporção 12 MgOH2s Mg2aq 2OHaq S 14 x 104 mol L1 Qual o valor do Kps MgOH2s Mg2aq 2OHaq s mol s mol 2s mol Kps Mg2 OH2 Kps s 2s2 Kps 4s3 Kps 4 14x1043 Kps 110x1011 10 Exemplo 3 AlOH3 proporção 13 AlOH3s Al3aq 3OHaq S 247 x 109 mol L1 Qual o valor do Kps AlOH3s Al3aq 3OHaq s mol s mol 3s mol KPS e Solubilidade Kps Al3 OH3 Kps s 3s3 Kps 27s4 Kps 27 247 x 109 4 Kps 100x1033 11 Exemplo 4 Ca3PO42 proporção 32 Ca3PO42s 3Ca2aq 2PO4 3aq s 164 x 107 Qual o valor do Kps Ca3PO42s 3Ca2aq 2PO4 3aq s mol 3s mol 2s mol KPS e Solubilidade Kps Ca23 PO4 32 Kps 3s3 2s2 Kps 27s3 4s2 Kps 108s5 Kps 108 164x1075 Kps 128x1032 12 De maneira inversa podese calcular a solubilidade do eletrólito conhecendo o valor de KPS Exemplo 5 O valor de KPS do PbCrO4 é de 16x1015 portanto sua solubilidade será PbCrO4s Pb2aq CrO4 2aq s mol s mol s mol KPS e Solubilidade Kps Pb2 CrO4 2 Kps s s 16x1015 s2 s 16x1015 s 4x108 mol L1 13 Exemplo 6 A solubilidade do AgCl a 10oC é 0000089 g100 mL O peso molecular do AgCl é 14332 g mol1 Qual a solubilidade molar e o produto de solubilidade nesta temperatura n m PM n 0000089 g 14332 g mol1 n 133x106 mol n V 133x106 mol 01 L 133x105 mol L1 AgCls Agaq Claq s mol s mol s mol Kps Ag Cl Kps s s Kps s2 Kps 133x1052 Kps 182x1010 KPS e Solubilidade 14 Exemplo 7 A solubilidade do Ag3PO4 é 020 mg por 100mL Calcular seu Kps Massa molar do Ag3PO4 419 g mol1 n m PM n 00002g 419 g mol1 n 477x107 mol n V 477x107 mol 01 L 477x106 mol L1 Ag3PO4s 3Agaq PO4 3aq s mol 3s mol s mol Kps Ag3 PO4 3 Kps 3s3 s Kps 27s4 Kps 27477x1064 Kps 140x1020 1g 1000 mg x 020 mg x 00002 g KPS e Solubilidade 15 Exemplo 8 O Kps para o BaSO4 é 10 x 1010 Se em 1L de solução existem 00010 mol de Ba2 e 000010 mol de SO4 2 haverá precipitação de BaSO4 KPS e Solubilidade BaSO4s Ba2aq SO4 2aq s mol s mol s mol Q Ba2 SO4 2 Q 00010 000010 Q 1x107 Como Q Kps haverá formação de precipitado 16 Exemplo 9 Calcular a concentração de íon sulfeto necessária para iniciar a precipitação de FeS em uma solução 10x104 mol L1 em Fe2 Kps 5x1018 KPS e Solubilidade FeSs Fe2aq S2aq s mol s mol s mol Kps Fe2 S2 5x1018 1x104 S2 S2 5x1014mol L1 17 Exemplo 10 Determine a massa de cloreto de chumbo que se pode dissolver em 250 mL de água PM 278 g mol1 Kps 17x105 KPS e Solubilidade PbCl2s Pb2aq 2Claq s mol s mol 2s mol Kps Pb2 Cl2 17x105 s 2s2 17x105 4s3 s3 425x106 s 0016 mol L1 18 Exemplo 10 Determine a massa de cloreto de chumbo que se pode dissolver em 250 mL de água PM 278 g mol1 Kps 17x105 KPS e Solubilidade Cálculo do número de mols que se dissolve n V n 0016 mol L1 025 L n 405x103 mol Cálculo da massa que se dissolve n m PM 405x103 mol m 278 g mol1 m 112g PbCl2s Pb2aq 2Claq s mol s mol 2s mol 19 Determinação da solubilidade a partir do Kps 20 Dica O sal mais solúvel é aquele que tiver maior concentração molar dos seus íons no equilíbrio e não necessariamente aquele que tiver o maior Kps Determinação da solubilidade a partir do Kps s 13x105 mol L1 s 911x109 mol L1 s 707x108 mol L1 s 605x105 mol L1 s 161x105 mol L1 X 605x105 21 Fatores que afetam a solubilidade Efeito do íon comum O efeito do íon é uma consequência da Lei das Ação das Massas descrita no princípio de Le Chatelier O efeito do íon comum é responsável pela redução da solubilidade de um precipitado iônico quando um composto solúvel contendo um dos íons do precipitado é adicionada à solução que está em equilíbrio com o precipitado Exemplo a solubilidade do AgCl em solução 10 x 103molL1em Cl é cerca de 100 vezes menor que em H2O 22 Exemplo 11 Calcular a solubilidade de AgI em uma solução de NaI 010 mol L1 a 25C Kps para AgI é 85 x 1017 a 25C Agls Agaq laq s mol s mol 010 s mol Kps Ag l 85x1017 s 010 s s 85x1016 mol L1 85x1017 010 s Kps Ag l 85x1017 s s s 922x109 mol L1 85x1017 s2 23 Fatores que afetam a solubilidade Dependência da temperatura Dependendo dos tipos de reações que ocorrem quando da mistura das soluções o Kps pode aumentar ou diminuir Assim podem ocorrer dois casos distintos Reação endotérmica o Kps aumenta com o aumento da temperatura indicando também um aumento da solubilidade Reação exotérmica o Kps diminui com o aumento da temperatura diminuindo também a solubilidade 24 Fatores que afetam a solubilidade Influência do pH da solução na solubilidade Num equilíbrio de dissolução em que entram íons OH tal como o equilíbrio de dissolução do hidróxido de cálcio por exemplo o pH da solução irá afeta a solubilidade do sólido CaOH2s Ca2 aq 2 OH aq aumentando o pH na solução o equilíbrio deslocase no sentido da formação de CaOH2 sólido reduzindo então a solubilidade deste diminuindo o pH vamos reduzir a concentração de íons OH em solução pelo que a solubilidade aumenta 25 Fatores que afetam a solubilidade Efeito da natureza do solvente A natureza polar da molécula de água exerce efeitos de solvatação sobre 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