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Equilibrios de solubilidad y de formacion de complejos

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  • 1. 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejosQuímica (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos
  • 2. Contenidos• Equilibrios de solubilidad – Solubilidad – Producto de solubilidad• Equilibrios de formación de iones complejos Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 2
  • 3. Bibliografía recomendada• Petrucci: Química General, 8ª edición. R. H. Petrucci, W. S. Harwood, F. G. Herring, (Prentice Hall, Madrid, 2003). – Secciones 19.1, 19.2, 19.3, 19.5, 19.7, 19.8, Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 3
  • 4. Equilibrios de solubilidad (de K muy baja)Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos
  • 5. Equilibrios de solubilidad• Disoluciones de sales – Disolución saturada (de una sal): aquella que no admite que se disuelva más cantidad de sal en ella • Se establece un equilibrio entre el soluto puro (la sal) y la disolución saturada (los iones de la sal): Equilibrio de solubilidad – Solubilidad de una sal, s: concentración de la sal en una disolución saturada de la misma • solubilidad molar: solubilidad en M, o mol/L • g/L – Sales solubles (en un disolvente): las de alta solubilidad – Sales insolubles o poco solubles (en un disolvente): las de baja solubilidad disolución saturada (de concentración s) soluto puro Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 5
  • 6. (Constante del) Producto de solubilidadSales solubles sal ( s ) → sal ( ac ) → iones ( ac ) NaCl ( s ) → NaCl ( ac ) → Na + ( ac ) + Cl − ( ac )Sales poco solubles: Equilibrio de solubilidad sal ( s ) sal ( ac ) → iones ( ac ) Producto de solubilidad sal ( s ) iones ( ac ) K ps ,T de la sal a la temperatura T (muy pequeño) CaF2 ( s ) CaF2 ( ac ) → Ca 2+ ( ac ) + 2 F − ( ac ) CaF2 ( s ) Ca 2+ ( ac ) + 2 F − ( ac ) K = 5,3 ×10−9 ps ,298 [Ca 2+ ]eq [ F − ]eq = K ps 2 [Lectura: Petrucci 19.1] Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 6
  • 7. (Constante del) Producto de solubilidad Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 7
  • 8. Relación entre solubilidad y producto de solubilidadDisolución saturada de una sal Ej.: Solubilidad del CaF2 en agua CaF2 ( s ) Ca ( ac ) + 2 F − ( ac ) 2+ K ps ,298 = 5,3 ×10−9 Molaridades [Ca 2+ ] [ F − ] Iniciales 0 0 Cambios (− s ) +s +2s Equilibrio s 2s[Ca 2+ ]eq [ F − ]eq = K ps 2 2 1/3 s = ( K ps 4 ) 3 s ( 2s ) = K ps ; 4s = K ps ; s = 1,1×10−3 M [Lectura: Petrucci 19.2] Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 8
  • 9. Relación entre solubilidad y producto de solubilidadDisolución saturada de una sal en presencia de otras con ionescomunes (Efecto del ion común) Ej.: Solubilidad del CaF2 en una disolución CaCl2(ac) 0,25M CaF2 ( s ) Ca ( ac ) + 2 F − ( ac ) 2+ K ps ,298 = 5,3 ×10−9Molaridades [Ca 2+ ] [ F − ] Iniciales 0, 25 0 Cambios (− s ) +s +2s Equilibrio 0, 25 + s 2s Opción 1 (fuerza bruta): Opción 2 (razonamiento químico): 2 ( 0, 25 + s )( 2s ) = K ps Este caso puede verse como perturbar el equilibrio de solubilidad en agua pura añadiendo Ca2+: el sistema ( 0, 25 + s ) 4s 2 = K ps responde consumiendo Ca2+, por lo que la solubilidad será menor (s<0,0011M). 4s 3 + 1, 0 s 2 − 5,3 ×10−9 = 0 0, 25 + s 0, 25 2 0, 25 ( 2s ) = K ps (¡ecuación cúbica!) s = ... = 7,3 ×10 M −5 1, 0 s 2 = 5,3 ×10−9 s = 7,3 ×10−5 M [Lectura: Petrucci 19.3] Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 9
  • 10. Equilibrios de formación de complejos (de K muy alta)Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos
  • 11. Equilibrios de formación de complejos• Iones complejos – Iones poliatómicos formados por un catión metálico rodeado de ligandos (moléculas o iones) • Ej.: [Ag(NH3)2]+, [Fe(CN)6]3- – Normalmente son muy estables en disolución y tienen constantes de equilibrio (de formación) muy altas • Ej.: Ag + ( ac ) + 2 NH 3 ( ac ) [ Ag ( NH 3 ) 2 ] + ( ac ) K f ,298 = 1, 6 ×107 Fe3+ ( ac ) + 6 CN − ( ac ) [ Fe(CN )6 ]3− ( ac ) K f ,298 = 1×1042• Compuesto de coordinación – Sustancias que contienen iones complejos • Ej.: Ag(NH3)2Cl [Lectura: Petrucci 19.8] Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 11
  • 12. Equilibrios de formación de complejosQuímica (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 12
  • 13. Equilibrios de formación de complejos Se disuelven 0,10 mol de AgNO3 en 1,00 L de NH3(ac) 1,00 M. ¿Cuánto vale la concentración molar del [Ag(NH3)2]+ formado? ¿Y la de Ag+ en la disolución resultante? Ag + ( ac ) + 2 NH 3 ( ac ) [ Ag ( NH 3 ) 2 ]+ ( ac ) K f ,298 = 1, 6 ×107Molaridades [ Ag + ] [ NH 3 ] [ Ag ( NH 3 ) 2 ]+    Iniciales 0,10 1, 00 0 Cambios −x −2 x xEquilibrio 0,10 − x 1, 00 − 2 x x Como K es muy grande, es equilibrio está muy desplazado a la derecha y podemos suponer que el valor de x será tal que la concentración del reactivo limitante sea 0 con dos cifras decimales, o sea: x 0,10 [ Ag ( NH 3 ) 2 ]+  = 0,10 M   [ NH 3 ] = 1, 00 − 2 × 0,10 = 0,80 M [ Ag ( NH 3 ) 2 ]+    êq [ Ag ( NH 3 ) 2 ]+    eq 0,10 = Kf [ Ag + ]eq = = = 9,8 ×10−9 M + [ Ag ]eq [ NH 3 ]eq2 2 K f [ NH 3 ]eq 1, 6 ×107 ⋅ 0,802 ¿Precipitará AgCl(s) [Kps=1,8x10-10] si se añade 0,010 mol de NaCl(s)? [Cl − ] = 0, 010 M [ Ag + ][Cl − ] = 9,8 × 10−11 < K ps NO Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 13
  • 14. Equilibrios de formación de complejos Se mezclan 2,0 mL de FeCl3(ac) 0,010M con 2,0 mL de NH4SCN(ac) 0,010 M y agua hasta formar 9,0 mL de disolución. ¿Cuánto vale la concentración molar del [Fe(SCN)6]3- formado? ¿Y la de Fe3+ y de SCN- en la disolución resultante? Fe3+ ( ac) + 6 SCN − ( ac ) [ Fe( SCN )6 ]3− ( ac ) K f ,298 = 9, 7 ×1041 amarillo pálido rojo intenso 2, 0 FeCl3 → Fe3+ + 3 Cl − NH 4 SCN → NH 4+ + SCN − 0, 010 = 0, 0022 9, 0 Molaridades [ Fe3+ ] [ SCN − ] [ Fe( SCN )6 ]3−    Iniciales 0, 0022 0, 0022 0 Cambios −x −6 x x Equilibrio 0, 0022 − x 0, 0022 − 6 x x Como K es muy grande, es equilibrio está muy desplazado a la derecha y podemos suponer que el valor de x será tal que la concentración del reactivo limitante sea 0 con cuatro cifras decimales, o sea: 0, 0022 x = 0, 00037 6 3−[ Fe( SCN )6 ]  = 0, 00037 M 1/6  [ Fe( SCN )6 ]3−  [ Fe3+ ] = 0, 0022 − 0, 00037 = 0, 0018 M [ SCN − ] =     = 7, 7 ×10−8 M  [ Fe3+ ] K f    Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 14
  • 15. Equilibrios de formación de complejos Un punto de equilibrio en la formación del complejo [Fe(SCN)6]3- tiene las concentraciones 0,00037 M de [Fe(SCN)6]3-, 0,0018 M de Fe3+ y 7,7x10-8 M de SCN-. a) ¿En qué se convertirán si se añade Fe3+ hasta [Fe3+]=0,0025 M? b) ¿Y si a continuación se añade SCN- hasta que [SCN-]=0,0010 M?a) 6 x ≤ 7, 7 ×10 −8 [ Fe( SCN )6 ]3−  = 0, 00037 + x = 0, 00037 M   aprox. igual de rojo [ Fe3+ ] = 0, 0025 − x = 0, 0025 M 1/6  [ Fe( SCN )6 ]    3−  1/6 [ SCN − ] =    = 0, 00037 = 7,3 ×10−8 M  [ Fe3+ ] K f   0, 0025 ⋅ 9, 7 ×1041     b) 0, 0010 − 6 x = 0 x = 1, 7 ×10−4 [ Fe( SCN )6 ]3−  = 0, 00037 + x = 0, 00054 M   más rojo [ Fe3+ ] = 0, 0025 − x = 0, 0023 M 1/6  [ Fe( SCN )6 ]    3−  1/6 [ SCN − ] =    = 0, 00054 = 7,9 ×10−8 M  [ Fe3+ ] K f   0, 0023 ⋅ 9, 7 ×1041      Química (1S, Grado Biología) UAM 8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos 15

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