4. OTROS EQUILIBRIOS QUIMICOS (6 clases)4.1. Otros Equilibrios químicos

4.1.1. Equilibrios de solubilidad4.1.1.1. Conceptos de solubilidad4.1.1.2. Factores que afectan la solubilidad4.1.1.3. Producto de solubilidad y precipitación

4.2. Oxidación y Reducción4.2.1. Reacciones de oxidación y reducción4.2.2. Balanceo de reacciones4.2.3. Predicción de reacciones (Potenciales estándar)4.2.4. Ecuación de Nerst, Celdas de concentración

4.3. Electroquímica4.3.1. Conceptos termodinámicos de electroquímica4.3.2. Tipos de electrodos, uniones líquidas, celdas electroquímicas4.3.3. Conceptos de sistemas y procesos electroquímicos

4.3.3.1. Corrosión, pilas y baterías4.3.3.2. Electrocrómicos y electrofotovoltaicos

4.4. Equilibrios de Complejos4.4.1. Formación y estabilidad de hidro-complejos4.4.2. Solvatación de iones y constante de estabilidad de hidro-complejos4.4.3. Mezclas de complejos y relación entre constantes de equilibrio de mezclas

de complejos.

CLASE 1

3.1.1. EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD

• 1 disolución o solución es 1 mezcla homogénea en las que las partículas de la fase dispersa (SOLUTO) tienen el tamaño de átomos o moléculas.

• Es posible disolver a 1 soluto en 1 disolvente si las atracciones entre las partículas S y D son mayores que las atracciones entre las partículas D entre sí y las de S entre sí

3.1.1.1. Conceptos de Solubilidad

Disolvente D= H2OSoluto S= sólido (sal)

“La SOLUBILIDAD de 1 soluto particular es la cantidad máxima de ese S que se puede disolver en 1 cierta cantidad de D a 1 determinada T”

• En H2O se expresa como los g de S que logran disolverse en 100ml de H2O a 25°C

¿A que se debe las diferencias de Solubilidad?

• SOLVATACIÓN

MX (s) + H2O M+(ac) + X-(ac)Sal iónicaSe solvata en 2 pasos

MX (s) M+(ac) + X-(ac)

M+(g) + X-(g)

1

1 Ruptura de la Red Cristalina: es necesario suministrar E para vencer las fuertes atracciones electrostáticas que mantienen unidos a los iones en el sólido cristalino.

2

2

Hhidr

Hidratación de Iones: se desprende E porque se establecen atracciones electrostáticas tipo ION-DIPOLO entre los iones y el agua.

Para que la SOLUBILIDAD sea favorecida energéticamente

U0

Hhidr > U0

¿Cómo se cuantifica la solubilidad?

• Los valores de solubilidad se encuentran en tablas (g S/ ml D).• Solubilidad Molar: con la masa molecular de S sabemos los moles x L.• Las sales iónicas que son ligeramente solubles se suele cuantificar su

solubilidad mediante el estudio del siguiente equilibrio:

MX (s) M+(ac) + X-(ac)K = [M+] [X-] [MX] Es 1 sólido

K [MX] = [M+] [X-] = Kps Constante del producto de solubilidad

Kps = [M+] [X-]

PRODUCTO DE SOLUBILIDAD de 1 compuesto iónico es el producto de las concentraciones molares de los iones constituyentes, cada uno elevado a la potencia de su coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio.

3.1.1.1. Producto de solubilidad

EJEMPLO

AgNO3 se añade a una disolución de NaCl y se forma 1 sólido poco soluble AgCl. No todos los iones Ag+ se encuentran formando AgCl, sólo algunos están disueltos.

AgCl (s) Ag+(ac) + Cl-(ac) Kps= [Ag+][Cl-]

PbI2 (s) Pb+2(ac) + 2I-(ac) Kps= [Pb+2][I-]2

Ag2SO4 (s) 2Ag+(ac) + SO4-2(ac) Kps= [Ag+]2[SO4

-2]

Mg3(PO4)2 (s) 3Mg+2(ac) + 2PO4-3(ac) Kps= [Mg+2]3[PO4

-3]2

NOMBRE FÓRMULA Kps pKs

Cloruro de Plata AgCl 1.6x10-10 9.8

Cloruro de Plomo PbCl2 2.4x10-4 3.62

Cloruro de mercurio (I) Hg2Cl2 3.5x10-18 17.46

Bromuro de plata AgBr 7.7x10-13 12.11

Yoduro de plata AgI 8.3x10-17 16.08

Carbonato de Magnesio MgCO3 4.0x10-5 4.4

Carbonato de calcio CaCO3 8.7x10-9 8.06

Hidróxido de cobre (II) Cu(OH)2 2.2x10-20 19.66

Sulfuro de plomo PbS 3.4x10-28 27.47

EJEMPLO

Para el AgI a 25°C, el Kps es 8.3x10-17, calcular la [Ag+] y [I-]

Kps = [Ag+][I-] = 8.3x10-17

[Ag+] = [I-] = (8.3x10-17)1/2 = 9.11x10-9

Sí [Ag+] y [I-] son menores a 9x10-9 no habrá precipitación de AgI

Ejemplos en pizarrón

3.1.1.2. Factores que afectan la solubilidad

EFECTO DE ION COMÚN

Se tiene una solución saturada de CaF2 y se establece el equilibrio

Ca+2 2F- ; [F-] = 2[Ca+2][Ca+2] [2[Ca+2]]2 = 4x10-11 = Kps = 4 [Ca+2]3

[Ca+2] = 2.16x10-4M

CaF2 (s) Ca+2(ac) + 2F-(ac) Kps= [Ca+2][F-]2= 4x10-11

Que pasa sí a esta disolución le agrega un poco de NaF, que es más soluble en agua? Cual será la [Ca+2] de modo que la [F-]=0.1M?

“Sí [P], el equilibrio tenderá a los R” ; Un en la [F-] desplazará el equilibrio hacia CaF2

CaF2 (s) Ca+2(ac) + 2F-(ac)Se forma + s + F-(ac)

Kps= [Ca+2][F-]2= 4x10-11

[Ca+2] = 4x10-11 / [0.1]2 = 4x10-9La [Ca+2] en presencia de NaF 0.1M es 53,500 veces menor que en agua pura. (2.16x10-4M/4x10-9M).Se desplaza el equilibrio al añadir un compuestro que tiene un ION en COMUN con las sustancias precipitables.

EFECTO DEL pH

• En muchos casos, los aniones que conforman una sal poco soluble tienen características básicas (gran afinidad por H+). Ej.- hidróxidos

Cu(OH)2 2OH-(ac) + Cu+2 (ac) , Kps = [Cu+2][OH-]2 =2.2x10-20

• El ion Cu+2 tenderá a precipitar como hidróxido al encontrarse en ½ abundante en iones OH-.

• La adición de H+ al medio elimina los OH-, formando agua, aumentando así la concentración de Cu+2(ac) en la disolución.

• ¿Cuál sería la solubilidad molar del Cu+2 en una disolución saturada de Cu(OH)2 en agua pura y comparémosla con su solubilidad en un medio amortiguado a pH=7 y uno a pH=5

Agua pura[OH-]= 2[Cu+2]

Kps = [Cu+2][OH-]2 = [Cu+2]{2[Cu+2]} = 2 2.2x10-20

[Cu+2] = 1.76545 x 10-7M

pH=7[OH-]= [H+]= 1x10-7M

Kps = [Cu+2][OH-]2 = [Cu+2][1x10-7] = 2 2.2x10-20

[Cu+2] = 2.2 x 10-6M

pH=5[H+]= 1x10-5M[OH-]=1x10-9M

Kps = [Cu+2][OH-]2 = [Cu+2][1x10-9] = 2 2.2x10-20

[Cu+2] = 2.2 x 10-2M

EJEMPLO

EL pH se modifica de manera importante la solubilidad de las sustancias, tales como en los carbonatos

El ion carbonato que se llega a disolver en muy pequeñas cantidades en el agua, participa a su vez en un equilibrio ácido-base, formando el ion bicarbonato:

El ion bicarbonato también es una BASE y reacciona con el agua para formar ácido carbónico que inmediatamente se descompone en agua y dioxido de carbono:

se desplaza hacia la derecha en estos equilibrios si se disminuye la concentración de alguno de los productos. Sí se agrega H+, reaccionará con el OH- formando agua y al disminuir la [OH-] disminuirá la concentración original de CO3

-2. y el equilibrio también se desplazará a la derecha.

Ejemplos en pizarrón

CuCO3 CO3-2(ac) + Ca+2 (ac) , Kps = [Ca+2][CO3

-2] =8.7x10-9

CO3-2 + H2O HCO3

-(ac) + OH- (ac)

HCO3- + H2O H2O + CO2(g) + OH- (ac)

Tarea

1. Escribe la expresión para la constante del producto de solubilidad de las siguientes sales: a) AgOH, b) HgBr2, c)Tl2SO4, d)BaCO3, e) Fe2S3, d)Hg2Cl2, f) PbSO4

2. Considera disoluciones saturadas de las siguientes sales. Encuentra en cada caso, el valor de “x” que da la relación entre la concentración al equilibrio del catión y la del anión.

a) BaSO4, [Ba+2] = x[SO4-2], b) HgBr2, [Hg+2] = x[Br-], c) MgF2, [F-] = x[Mg+2],

d) Ag2SO4, [Ag+] = x[SO4-2], e) Mg3(AsO4)2, [AsO4

-3] = x[Mg+2], f)Al(OH)3, [OH-] =x[Al+3].

3. Calcula el valor de la constante del producto de solubilidad para el sulfuro de manganeso(II), sabiendo que después de mezclar este sólido con agua y agitar hasta alcanzar el equilibrio, la concentración de manganeso es 1.732x10-7M

4. Calcula el valor de la constante del producto de solubilidad para el fluoruro de plomo PbF2, sabiendo que después de mezclar este sólido con agua y agitar hasta alcanzar el equilibrio, la concentración de plomo es de 2.1722x10-3M

5. Calcula la solubilidad del Pb+2 y la del Cl- en una disolución saturada de PbCl2.6. Calcula la solubilidad del ion Pb+2 en un litro de disolución saturada de PbCl2 a la que se han

añadido 25g de NaCl.7. Calcula la solubilidad del ion Cl- en un litro de disolución saturada de PbCl2 a la que se han

añadido 25g de Pb(NO3)2 que es soluble en agua8. A partir del producto de solubilidad, calcula la solubilidad del Zn(OH)2 en agua pura. Calcula

después su solubilidad molar en un medio amortiguador de pH=9 y uno de pH=7.9. Calcula el pH de precipitación del Fe(OH)3, sabiendo que su producto de solubilidad es Kps=

1.1x10-36