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Unidad 7: Equilibrio

Química AP · Unidad 7: Equilibrio

7.11 Introducción a los equilibrios de solubilidad

En esta lección

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Pregunta esencial

¿Cuánta sal se puede disolver en agua?

En la Unidad 4 dijimos que unas sales son solubles y otras son insolubles. En realidad es cuestión de cuánto, y esta lección usa el equilibrio para calcularlo.

El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección de abajo.

La disolución es reversible

Un vaso de precipitados con AgCl sólido en el fondo e iones Ag+ y Cl− en el agua. Una flecha azul hacia arriba es la disolución y una flecha roja hacia abajo es la precipitación. Leyenda: AgCl(s) ⇌ Ag+(aq) + Cl−(aq).
  • Una sal poco soluble como el AgCl se disuelve un poco: los iones se desprenden del sólido (disolución).
  • Los iones también pueden chocar con el sólido y quedarse pegados otra vez (precipitación).
  • Cuando la velocidad de disolución es igual a la velocidad de precipitación, la solución está saturada. Es un equilibrio dinámico: hay sólido e iones al mismo tiempo, y en total nada cambia.

El producto de solubilidad, Ksp

AgCl(s) ⇌ Ag+ + Cl−, Ksp = [Ag+][Cl−]. CaF2(s) ⇌ Ca2+ + 2F−, Ksp = [Ca2+][F−]².
  • Escribe la ecuación con el sólido a la izquierda y los iones a la derecha.
  • Ksp, la constante del producto de solubilidad, es la K de una sal que se disuelve.
  • No pongas el sólido. Multiplica las concentraciones de los iones. Los coeficientes se vuelven exponentes.
  • En el CaF2, una unidad fórmula produce 2 F−, así que [F−] se eleva al cuadrado.

Solubilidad molar, s

La solubilidad molar (s) es el número de moles de sal que se disuelven por litro de solución saturada. Las concentraciones de los iones salen de s.

SalIones en el equilibrioKsp en términos de s
AgCl[Ag+] = s, [Cl−] = sKsp = s2
CaF2[Ca2+] = s, [F−] = 2sKsp = (s)(2s)2 = 4s3

Cuidado: (2s)2 = 4s2, no 2s2. Olvidar elevar el 2 al cuadrado es el error más común.

Comparación de la solubilidad

  • Misma razón de iones → la sal con mayor Ksp es más soluble. El AgCl (Ksp = 1.8 × 10−10) es más soluble que el AgBr (Ksp = 5.0 × 10−13), porque las dos son 1:1.
  • Razones distintas → no puedes comparar los valores de Ksp directamente. Calcula s para cada sal (mira el Ejemplo 4).

Ksp y las reglas de solubilidad

Una recta numérica de valores de Ksp con 10 a la −20 y 10 a la −10 en el lado izquierdo, con la etiqueta insoluble entre comillas, y 1 hacia el lado derecho, con la etiqueta soluble.
  • Ksp > 1 → lo que en la Unidad 4 llamamos soluble (como el NaCl).
  • Ksp diminuta → lo que llamamos “insoluble”. Pero incluso una sal con Ksp = 10−20 se disuelve un poquito, y por eso los químicos prefieren decir poco soluble.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Solubilidad molar del AgBr

Para AgBr(s) ⇌ Ag+(aq) + Br−(aq), Ksp = 5.0 × 10−13. Calcula la solubilidad molar en agua.

Mostrar la solución
AgBr(s)Ag+Br−
Isólido: se ignora00
C+s+s
Ess
  1. Escribe la expresión: Ksp = [Ag+][Br−]. No pongas el sólido.
  2. Arma la tabla: empiezas con agua pura, así que no hay iones. Se disuelven s moles, así que cada ion aumenta s.
  3. Sustituye: 5.0 × 10−13 = (s)(s) = s2
  4. Resuelve: s = √(5.0 × 10−13) = 7.07 × 10−7
  5. Respuesta: s = 7.1 × 10−7 M Menos de una millonésima de mol por litro: es muy poco soluble.

Ejemplo 2: Solubilidad molar del PbI2

Para PbI2(s) ⇌ Pb2+(aq) + 2I−(aq), Ksp = 9.8 × 10−9. Calcula la solubilidad molar en agua.

Mostrar la solución
PbI2(s)Pb2+2I−
Isólido: se ignora00
C+s+2s
Es2s
  1. Escribe la expresión: Ksp = [Pb2+][I−]2. El yoduro tiene coeficiente 2, así que se eleva al cuadrado.
  2. Arma la tabla: se disuelven s moles de PbI2 y producen s de Pb2+ y 2s de I−.
  3. Sustituye: 9.8 × 10−9 = (s)(2s)2 = 4s3
  4. Divide entre 4: s3 = 9.8 × 10−9 / 4 = 2.45 × 10−9
  5. Saca la raíz cúbica: s = ∛(2.45 × 10−9) = 1.35 × 10−3. En la mayoría de las calculadoras, eleva a la potencia (1/3).
  6. Respuesta: s = 1.3 × 10−3 M Si te piden [I−], es 2s = 2.7 × 10−3 M.

Ejemplo 3: Ksp a partir de la solubilidad

La solubilidad molar del CaF2 es 2.1 × 10−4 M. Calcula Ksp.

Mostrar la solución
  1. Dato: s = 2.1 × 10−4 M para CaF2(s) ⇌ Ca2+ + 2F−
  2. Encuentra cada ion: [Ca2+] = s = 2.1 × 10−4 M, [F−] = 2s = 4.2 × 10−4 M
  3. Sustituye: Ksp = [Ca2+][F−]2 = (2.1 × 10−4)(4.2 × 10−4)2
  4. Eleva primero el fluoruro al cuadrado: (4.2 × 10−4)2 = 17.64 × 10−8 = 1.76 × 10−7
  5. Multiplica: (2.1 × 10−4)(1.764 × 10−7) = 3.70 × 10−11
  6. Respuesta: Ksp = 3.7 × 10−11

Ejemplo 4: Comparación de solubilidades

¿Cuál tiene mayor solubilidad molar en agua: Ag2CrO4 (Ksp = 1.1 × 10−12) o AgCl (Ksp = 1.8 × 10−10)? Justifica con cálculos.

Mostrar la solución
  1. Revisa las razones: Ag2CrO4 es 2:1 y AgCl es 1:1. Son razones distintas, así que debes calcular s. No compares solo los valores de Ksp.
  2. Ag2CrO4: al disolverse s, produce 2s de Ag+ y s de CrO42−, así que Ksp = (2s)2(s) = 4s3
  3. Resuelve: s3 = 1.1 × 10−12 / 4 = 2.75 × 10−13, así que s = 6.5 × 10−5 M
  4. AgCl: Ksp = s2, así que s = √(1.8 × 10−10) = 1.3 × 10−5 M
  5. Respuesta: El Ag2CrO4 es más soluble: 6.5 × 10−5 M > 1.3 × 10−5 M, aunque su Ksp sea menor. Un truco favorito de AP.

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Práctica

La hoja de práctica llegará pronto.

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Diapositivas de la lección

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Ideas clave

  • Una solución saturada está en equilibrio entre el sólido y sus iones.
  • Ksp es el producto de las concentraciones de los iones. El sólido no aparece en la expresión.
  • La solubilidad molar, s, son los moles de sal que se disuelven por litro.
  • ¿Razones de iones distintas? Compara s, no Ksp.

De vuelta a la pregunta esencial: podemos calcular exactamente cuánta sal se disuelve a partir de Ksp, usando la solubilidad molar, s. A continuación, el Tema 7.12, Efecto del ion común, donde vemos qué pasa cuando uno de los iones de la sal ya está en el agua.

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Alineación con AP

Esta lección cubre el Tema 7.11, Introducción a los equilibrios de solubilidad, de la Unidad 7 (Equilibrio) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:

  • 7.11.A: Calcular la solubilidad de una sal a partir del valor de Ksp de la sal.

Conocimiento esencial: 7.11.A.1, 7.11.A.2, 7.11.A.3, 7.11.A.4

Habilidad sugerida: 5.B Rutinas matemáticas. Identificar una teoría, una definición o una relación matemática adecuada para resolver un problema.

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