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Valeria Costantino » 23.Equilibri eterogenei


Reazioni in soluzione acquosa: reazione di precipitazione

Le reazioni di precipitazione sono reazioni di scambio che producono composti insolubili in acqua, chiamati precipitati. I reagenti di tali reazioni sono composti ionici solubili in acqua
Ogni volta che in una soluzione acquosa sono presenti ioni che, insieme, possono formare un solido insolubile, il composto insolubile si forma velocemente sotto forma di polvere finissima (precipitato).
Tipicamente, una reazione di precipitazione si forma quando si mescolano due soluzioni di elettroliti forti solubili, una delle quali contiene l’anione, e l’altra il catione del sale insolubile che si viene a formare (naturalmente questo non è l’unico modo possibile per avere precipitazione).

Per esempio:
NaCl (aq) + AgNO3 (aq) → AgCl (s) + NaNO3 (aq)

Solubilità di Sali

Abbiamo definito la solubilità come la quantità massima di sostanza che si scioglie in un dato volume di solvente ad una certa temperatura.
Non tutti i composti ionici sono completamente solubili, molti si sciolgono solo in piccola parte, alcuni sono insolubili.

Come visto precedentemente, esistono delle linee guida per capire se un composto è completamente solubile in acqua o no.

Solubilità di Sali (segue)


Solubilità di Sali (segue)

Immaginiamo cosa avviene a livello molecolare quando un solido ionico si scioglie. Gli ioni vengono circondati da molecole di acqua e passano in soluzione. Alcuni di essi subiscono collisioni casuali con il soluto non disciolto e ricristallizzano.

Finché la velocità di dissoluzione è maggiore della velocità di ricristallizzazione, la concentrazione di ioni aumenta. Alla fine, le due velocità si eguagliano e si instaura un equilibrio tra il soluto solido e quello disciolto (ioni idrati).

Solubilità di Sali (segue)

Soluto (indisciolto) soluto (in soluzione)

Questa soluzione è detta satura: contiene la quantità massima di soluto disciolto ad una data temperatura in presenza di soluto indisciolto.
Una soluzione contenente meno di questa quantità è detta insatura.
Una soluzione contenente una quantità maggiore è detta sovrassatura.

Come per tutti gli altri equilibri potremo, quindi, scrivere la legge di azione di massa con un quoziente di reazione Q che, all’equilibrio, diventa costante K.

Solubilità di Sali (segue)

Facciamo un esempio. Consideriamo una soluzione satura di solfato di piombo (II) in acqua:

PbSO4 (s) ⇆ Pb2+ (aq) + SO42-(aq)

Quindi, applicando la legge di azione di massa, potremo scrivere

Q = [Pb2+] x [SO42-]/[PbSO4]

Prodotto di solubilità

Quando si raggiunge l’equilibrio Q diventa costante, = K.

Poiché la concentrazione di PbSO4 è anch’essa costante, perché concentrazione di un solido, il suo valore viene inglobato nella K che diventa Kps o costante prodotto di solubilità.

Kps = [Pb2+]x[SO42-]

Per il solfato di piombo a 25 °C = 1,6 X 10-8

Test di verifica

Esercitiamoci scrivendo il prodotto ionico per ognuno dei seguenti sali:

  • Carbonato di magnesio.
  • Fosfato di calcio.
  • Solfuro di argento.
  • Cianuro di potassio.
  • Solfuro di arsenico (III).
  • Idrossido di alluminio.
  • Carbonato di ferro (III).

Prodotto di solubilità

Il valore di Kps è una misura di quanto procede verso destra il processo di dissoluzione all’equilibrio.
Possiamo usare questo valore per calcolare, quindi, la solubilità molare (indicata con s) di un sale poco solubile.

Consideriamo una soluzione satura di solfato di piombo (II) in acqua:

PbSO4 (s) ⇆ Pb2+ (aq) + SO42-(aq)

Kps = [Pb2+]x[SO42-]

Test di verifica

Calcolare la solubilità in acqua del solfato di piombo sapendo che la Kps =1,6 X 10-8
Costruiamo una tabella di reazione con s = solubilità molare (vedere figura a lato).

Sostituiamo nell’espressione del prodotto ionico e risolviamo in funzione di s.

Kps = s x s,
quindi s =√1,6 X 10-8

Problema di verifica: calcolare la solubilità molare di una soluzione di idrossido di calcio sapendo che il Kps = 6,5 x 10-6


L’effetto dello ione in comune sulla solubilità

La presenza di uno ione in comune diminuisce la solubilità di un sale poco solubile, come è possibile prevedere il base al principio di Le Chatelier.
Esaminiamo il caso di una soluzione satura di cromato di piombo (II).

PbCrO4(s) ⇆ Pb2+ (aq) + CrO42-(aq)

Kps = [Pb2+]x[CrO42-]= 2,3 x 10-13

L’effetto dello ione in comune sulla solubilità (segue)

Supponiamo di aggiungere cromato di sodio, un sale solubile, alla soluzione satura di cromato di piombo.
Stiamo aggiungendo quindi uno ione in comune all’equilibrio, che, quindi, si sposterà verso i reagenti.

La solubilità del cromato di piombo diminuisce.

Calcoliamo la solubilità molare del cromato di piombo in acqua
Calcoliamo la solubilità molare dopo l’aggiunta di 0,1 M di cromato di sodio.

L’effetto dello ione in comune sulla solubilità (segue)

Costruiamo una tabella di reazione con s = solubilità molare dopo aggiunta di ione in comune (vedi figura a lato).

Sostituiamo nell’espressione del prodotto ionico e risolviamo in funzione di s.


Obbiettivi della Lezione 23

  1. Calcolare la solubilità in acqua di un sale poco solubile dal valore di Kps.
  2. Calcolare la variazione di solubilità per aggiunta di uno ione in comune.
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