Equilibri eterogenei

Se almeno una delle specie chimiche che partecipano alla reazione si trova in una fase diversa si hanno equilibri eterogenei

Es.: Decomposizione del carbonato di calcio

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

solubilità

• Quando un eccesso di un sale ionico poco solubile è aggiunto all’acqua si stabililsce un equilibrio tra il solido e gli ioni della soluzione satura.

– Per il sale ossalato di calcio, CaC2O4, si ha l’equilibrio

(aq)OC(aq)Ca )s(OCaC 242

242

H2O

Costante Prodotto di Solubilità

– La costante di equilibrio per questa reazione è denominata Prodotto di Solubilità (Kps)

]OC][[CaK 242

2sp

• La costante di equilibrio è, come sempre: prodotti diviso reagenti

• La concentrazione del reagente, l’ossalato di calcio è omessa, poiché è un solido.

Costante Prodotto di Solubilità

• In generale, la costante prodotto di solubilità è la costante dell’equilibrio di solubilità di un composto ionico poco solubile

– Essa è uguale al prodotte delle concentrazioni all’equilibrio degli ioni del composto

– Ogni concentrazione è elevata alla potenza uguale al numero di tali ioni nella formula del composto.

Costante Prodotto di Solubilità

• Ksp è temperatura-dipendente.

– In genere la solubilità dei solidi ionici aumenta con la temperatura

– Per esempio, lo ioduro di piombo è un altro sale poco solubile

(aq)2I(aq)Pb )s(PbI 22

H2O

Costante Prodotto di Solubilità

• Le concentrazioni sono le concentrazioni molari degli ioni nella soluzione satura, all’equilibrio

• Esse sono correlate alla solubilità molare del composto ionico, che definisce le moli del composto che si sciolgono per fare un litro di soluzione satura

22sp ]I][[PbK

Calcolo di Kps dalla Solubilità

• Un campione di 1.0-L di una soluzione satura di ossalato di calcio CaC2O4, contiene 0.0061 g di sale 25°C. Calcolate la Kps per questo sale a 25°C.

– Convertiamo la solubilità del sale da 0.0061 g/litro a moli per litro.

42

424242 OCaC g128

OCaC mol 1)L/OCaC g 0061.0(OCaC M

L/OCaC olm 108.4 425

Calcolo di Kps dalla Solubilità

• Un campione di 1.0-L di una soluzione satura di ossalato di calcio CaC2O4, contiene 0.0061 g di sale 25°C. Calcolate la Kps per questo sale a 25°C

– quando 4.8 x 10-5 mol di solido si sciolgono formano 4.8 x 10-5 mol di ogni ione.

(aq)OC(aq)Ca )s(OCaC 242

242

H2O

4.8 x 10-5

+4.8 x 10-5

0 0 Iniziale

4.8 x 10-5 Equilibrio

+4.8 x 10-5 Cambiamento

Calcolo di Kps dalla Solubilità

– Sostituendo i valori nella espressione della Kps

]24

O2

C][2[Ca ps

K

)108.4)(108.4( 55 psK

9103.2 psK– Quindi Kps = 2.3 10-9 M2

Calcolo di Kps dalla Solubilità• Sperimentalmente si è trovato che 1.2 x 10-3 mol di ioduro

di piombo(II) PbI2 si sciolgono in 1.0 L di acqua a 25°C. qual’è la Kps a questa temperatura?

Iniziale 0 0cambiamento +1.2 x 10-3 +2 x (1.2 x 10-3)

Equilibrio 1.2 x 10-3 2 x (1.2 x 10-3)

(aq)2I(aq)Pb )s(PbI 22

H2O

22sp ]I][[PbK

233sp ))102.1(2)(102.1(K

9sp 109.6K Quindi Kps = 6.9 10-9 M3

Calcolo della Solubilità da Kps

• La fluorite è fluoruro di calcio, CaF2. Calcolate la solubilità (grammi per litro) del fluoruro di calcio in acqua dalla Kps (3.4 x 10-11)

x

+x

0 0 Iniziale

2x Equilibrio

+2x Cambiamento

(aq)2F(aq)Ca )s(CaF 22

H2O

Calcolo della Solubilità da Kps

– sostituendo

sp22 K]F][[Ca

112 104.3(x)(2x) 113 104.34x

– Risolvendo per x.

4311-

100.24103.4

x

Calcolo della Solubilità da Kps

– Convertendo da g/L (CaF2 78.1 g/mol).

2CaF 1

2CaF 1.78

/4100.2'solubilitamol

gLmol

L/CaF g106.1 22

Essi hanno lo stesso numero di ioni the nella formula, quindi si possono paragonare le Kps direttamente

• PbCrO4, Kps = 1.8 × 10-14

• PbSO4, Kps = 1.7 × 10-8

• PbS, Kps = 2.5 × 10-27

PbSO4 > PbCrO4 > PbS

Confronto Kps

Quale tra i seguenti Sali di Pb rilascia più piombo in soluzione? PbCrO4, Kps = 1.8 × 10-14 ; PbSO4, Kps = 1.7 × 10-8; PbS, Kps = 2.5 × 10-27

Solubilità e l’effetto dello ione comune

• Calcolo delle solubilità in presenza di altri ioni

– L’importanza della Kps risulta evidente quando si considera la solubilità di un sale nella soluzione di un altro con lo stesso catione (Es. CaF2 e CaCl2).

– L’effetto delle ione comune può essere anticipato dal principio di Le Chatelier

Un Problema• Quale è la solubilità molare del calcio

ossalato in calcio cloruro in 0.15 M? The Kps del calcio ossalato è 2.3 x 10-9.

– il calcio ossalato è aggiunto alla soluzione con 0.15 M Ca2+

(aq)OC(aq)Ca )s(OCaC 242

242

H2O

0.15+x+x

0.15 0Iniziale

xEquilibrio+xCambiamento

Un Problema– sostituendo

sp2

422 K]OC][[Ca

9103.2)x)(x15.0(

– Ci aspettiamo che x è trascurabile paragonato a 0.15

15.0103.2 9

x15.0103.2

x9

– riarrangiando

Un Problema

– riarrangiando

x15.0103.2

x9

15.0103.2 9

8105.1x

– Quindi la solubilità molare del calcio ossalato in 0.15 M CaCl2 è 1.5 x 10-8 M.

– Nell’acqua pura, essa era 4.8 x 10-5 M, che è più di 3000 volte superiore

Calcoli di Precipitazione

• La precipitazione è l’altro modo di guardare alla solubilità

– Ci sarà precipitazione a certe condizioni iniziali di concentrazione ionica?

Calcoli di Precipitazione• Per valutare se un sistema si sposta verso l’equilibrio si

può valutare il quoziente di reazione, Qc.

– Se Qc > Ksp, ci sarà precipitazione.

– Se Qc < Ksp, la soluzione è insatura.

– Se Qc = Ksp, la soluzione è satura.

Calcoli di Precipitazione– Consideriamo l’equilibrio.

(aq)2Cl(aq)Pb )s(PbCl 22

H2O

– la Qc è22

c ]Cl[][PbQ ii

Dove i indica le concentrazioni iniziali.

Calcoli di Precipitazione

• La concentrazione del calcio nel plasma sanguigno è 0.0025 M. Se la concentrazione di ossalato è 1.0 x 10-7 M, precipiterà calcio ossalato? La Kps del calcio ossalato è 2.3 x 10-9.

– Il quoziente ionico, Qc è:

ii ]OC[][CaQ 242

2c

)10(1.0(0.0025)Q 7-

c 10-

c 102.5Q

– Il valore è minore della Ksp (2.3 x 10-9), per cui non ci sarà precipitazione.

psKcQ 10-102.5

Calcoli di Precipitazione

(aq)2Cl(aq)Pb )s(PbCl 22

H2O