Solubilitat i insolubilitat Reaccions de precipitació iònica Desplaçament dels equilibris de precipitació Dissolució de precipitats

U8 |Conceptes bàsics. Solubilitat i insolubilitat Una solució saturada és aquella que està en equilibri amb un excés de solut sense dissoldre. S’anomena solubilitat (s) d’una substància en un dissolvent determinat la concentració de la solució saturada. La solubilitat d’una substància sòlida o líquida en un dissolvent determinat és una propietat característica del sistema i depèn de la temperatura. La solubilitat d’una substància depèn de dos factors: la tendència del sistema a un mínim d’energia i la tendència a un màxim desordre. Hi ha sals que es dissolen en aigua en quantitats considerables: la seva solubilitat és elevada, diem que són sals solubles. Hi ha altres sals que es dissolen molt poc en aigua. La seva solubilitat és extremament petita: aquestes sals es diu que són insolubles. En general, si un sòlid té una solubilitat superior a 0,1 mol dm–3 es considera soluble, si la solubilitat es troba entre 10–1 mol dm–3 i 10–3 mol dm–3 es diu generalment que és lleugerament soluble. Si la solubilitat és inferior a 10–3 mol dm–3 es tracta d’una substància poc soluble i si és inferior a 10–4 mol dm–3 diem que és insoluble (els compostos anomenats insolubles no ho són mai d’una manera completa).

U8 |Solubilitat i insolubilitat

U8 |Equilibris amb sals poc solubles: equilibris amb sals de precipitació iònica Les substàncies anomenades insolubles no ho són d’una manera completa. Per saber la quantitat de sòlid dissolt, hem de desenvolupar un model quantitatiu d’aquestes solucions. Exemple: El sulfat de bari és un electròlit fort; se suposa que tot el BaSO4 que es dissol es troba completament dissociat. La solució saturada que se n’obté és molt diluïda. Com que es tracta d’un equilibri heterogeni, és a dir, entre fases distintes, la concentració de la fase sòlida és constant, per la qual cosa l’expressió de la constant de l’equilibri pren la forma: Aquesta constant es denomina constant del producte de solubilitat de la sal o, simplement, producte de solubilitat, i es representa per Ks o Kps. El producte de solubilitat és aplicable a les solucions saturades d’electròlits forts molt poc solubles.

U8 |Productes de solubilitat

U8 |Reaccions de precipitació iònica En el llenguatge químic, l’aparició d’una fase sòlida dins d’un líquid rep el nom de precipitació. S’anomena precipitat el producte sòlid que s’ha obtingut. Les reaccions de precipitació, tenen una gran importància en química analítica. Les seves principals aplicacions són la separació de substàncies i la identificació d’espècies químiques. Sovint només cal precipitar alguns dels ions que conté una solució; el mètode utilitzat s’anomena precipitació fraccionada, i es basa en la diferència de solubilitat entre les dues substàncies que s’han de separar. En afegir una solució de sulfur de sodi a una solució que conté sulfat de coure (II) de color blau, es forma un precipitat negre de sulfur de coure (II). Quan afegim una solució aquosa de nitrat de plom (II) a una solució de iodur de potassi es forma un precipitat de color groc brillant de iodur de plom (II). En mesclar dues solucions, una de clorur de sodi i l’altra de nitrat de plata, s’obté un precipitat de color blanc de clorur de plata.

U8 |Desplaçament dels equilibris de precipitació Efecte de la pressió La major part dels equilibris de precipitació s’estableix entre un sòlid i els seus ions en solució, per tant, sempre que en la reacció no intervinguin gasos, aquests equilibris no són desplaçats per la pressió. Efecte de la temperatura El procés de dissolució d’una sal és gairebé sempre endotèrmic: en augmentar la temperatura augmenta la solubilitat. Com que es tracta de substàncies insolubles, l’augment de la solubilitat amb la temperatura és, en general, insignificant i la sal continua essent insoluble. Tanmateix, hi ha alguns casos en què la solubilitat de les sals augmenta considerablement amb la temperatura. Aquest és el cas del clorur de plom (II) (Ks = 1,6 × 10–5 a 25 °C), que és molt més soluble en calent que en fred. Això permet separar en calent el PbCl2 d’altres clorurs insolubles (AgCl i Hg2Cl2).

U8 |Desplaçament dels equilibris de precipitació Efecte de l’ió comú Quan volem dissoldre una sal insoluble en una solució que ja conté un dels ions de la sal, la solubilitat d’aquesta disminueix. Aquest efecte s’anomena efecte de l’ió comú. Així, per exemple, si a una solució saturada de bromur d’argent, s’hi afegeix una certa quantitat de NaBr, precipita AgBr. En efecte, en afegir-hi NaBr es produeix un augment de la concentració d’ions Br– i, d’acord amb el principi de Le Chatelier, l’equilibri: es desplaça cap a l’esquerra i precipita més AgBr. La solubilitat del AgBr disminueix. Amb aquest desplaçament, la concentració d’ions Ag+ a la nova solució saturada és molt més petita que la inicial i la nova concentració d’ions Br–, més gran. En afegir unes gotes d’una solució de NaBr a una solució que conté una solució saturada de AgBr, s’observa un precipitat de color groc pàl·lid de bromur d’argent.

U8 |Dissolució de precipitats A vegades, es fa necessària la dissolució d’un precipitat. Si apliquem el principi de Le Chatelier, per dissoldre un precipitat hem de desplaçar l’equilibri cap a la dreta. En tractar-se d’un sistema heterogeni, el fet d’afegir més quantitat de sòlid tampoc no altera l’equilibri. Per tant només podem desplaçar l’equilibri cap a la dreta –i així dissoldre el precipitat– si aconseguim disminuir la concentració d’un dels ions en equilibri amb la sal insoluble. Reaccions àcid-base Podem dissoldre els hidròxids insolubles afegint-hi un àcid. Tots els hidròxids són solubles en un o altre àcid fort. També els carbonats poden dissoldre’s en un àcid fort. Tots els carbonats es dissolen en un o altre àcid fort i s’obté CO2(g). Precipitat d’hidròxid de ferro (III). El precipitat es dissol en afegir-hi àcid clorhídric.

U8 |Dissolució de precipitats Reaccions redox Podem dissoldre els sulfurs afegint-hi àcid nítric que oxida l’ió sulfur a ió sulfat. A mesura que s’hi va afegint àcid, la concentració d’ions sulfur disminueix i l’equilibri es desplaça cap a la dreta i s’afavoreix la solubilitat del sulfur de plom (II). Cal remarcar que si l’àcid afegit no és oxidant, per exemple àcid clorhídric, també es produeix la solubilitat dels sulfurs per formació de l’àcid sulfhídric, H2S, que és un àcid feble.

U8 |Dissolució de precipitació Formació de complexos Molts ions, generalment cations d’elements de transició, reaccionen amb altres ions o molècules formant espècies químiques molt estables, generalment molt poc ionitzades, anomenades complexos. Amb la formació de complexos es poden dissoldre precipitats i també impedir la precipitació de sals poc solubles. Precipitat de clorur de plata. El precipitat es dissol en afegir-hi amoníac ja que es forma el complex [Ag(NH3)2]+(aq).