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Factores que Afectan la Solubilidad

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Factors Affecting Solubility

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La solubilidad de un compuesto iónico puede variar dependiendo de otros solutos presentes en la solución. El soluto puede ser un ion común al compuesto, o un ácido o una base. Por lo tanto, dos factores principales que afectan la solubilidad son el efecto de los iones comunes y el pH de una solución.Si se agrega cloruro de plomo a una solución de cloruro de sodio, ambas sales se ionizarán en el agua, produciendo cationes de sodio y plomo y el anión común, el cloruro. Debido a que los iones de cloruro en la solución provienen tanto de la ionización completa del cloruro de sodio como de la ionización parcial del cloruro de plomo su concentración sería más alta que la de los iones de sodio o de los iones de plomo. Para compensar, el equilibrio entre el cloruro de plomo sólido y sus iones en la solución se desplaza hacia la sal no disociada lo que hace que quede más cloruro de plomo sin disolver.Por lo tanto, la presencia de un ion común reduce la solubilidad de una sustancia poco soluble. Por ejemplo, la solubilidad molar, la x, del cloruro de plomo en una solución de cloruro de sodio 0, 100 molar se puede calcular a partir de la tabla ICE. La concentración inicial de iones de plomo en la solución es cero, mientras que el cloruro es 0.100 molar.Cada molécula de cloruro de plomo se disociará en un ion de plomo y dos de cloruro. Entonces, el cambio en la concentración de iones de plomo será x y el del cloruro será 2x. La concentración de equilibrio de los iones de plomo será x, pero para los iones de cloruro, será la suma de 2x y 0, 100.A 25 grados Celsius, el valor de Ksp para el cloruro de plomo es 1, 17 10⁻⁵, y la expresión de equilibrio es el producto de las concentraciones de equilibrio de los iones de plomo y cloruro, que es x veces el cuadrado de Debido a que la Ksp es pequeña, 2x es mucho menor que 0, 100 molar y su suma puede aproximarse a 0, 100 molar. Si se sustituye en la expresión se obtiene 1, 17 10⁻⁵ igual a x por 0, 100 molar al cuadrado. Si resolvemos la x, la solubilidad molar del cloruro de plomo en una solución de cloruro de sodio 0, 100 molar es 1, 17 x 10⁻³ molar.En comparación con la solubilidad molar del cloruro de plomo en agua, que es 1, 43 x 10⁻² molar, el ion común disminuye 12 veces la solubilidad del cloruro de plomo La solubilidad de un compuesto también puede verse afectada por el pH de la solución. Considere la disociación parcial del hidróxido de calcio en iones de hidróxido de calcio. Si se aumenta el pH, añadiendo hidróxido de potasio, por ejemplo, el ion de hidróxido común reducirá la solubilidad del hidróxido de calcio.Por el contrario, si se reduce el pH, por ejemplo, añadiendo ácido clorhídrico, los protones se combinarán con los iones de hidróxido, lo que reducirá la concentración de iones de hidróxido en la solución. El equilibrio de solubilidad del hidróxido de calcio se desplazaría, entonces, hacia los productos, lo que conduciría a una mayor solubilidad en una solución ácida.

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Factores que Afectan la Solubilidad

En comparación con el agua pura, la solubilidad de un compuesto iónico es menor en soluciones acuosas que contienen un ion común (uno también producido por disolución del compuesto iónico). Este es un ejemplo de un fenómeno conocido como el efecto del ion común, que es una consecuencia de la ley de acción de masas que puede explicarse utilizando el principio de Le Châtelier. Considere la disolución del yoduro de plata:

Eq1

Este equilibrio de solubilidad puede ser desplazado hacia la izquierda por la adición de iones de plata o yoduro, resultando en la precipitación del AgI y concentraciones reducidas de Ag+ y I disueltos. En soluciones que ya contienen cualquiera de estos iones, se puede disolver menos AgI que en soluciones sin estos iones.

Este efecto también puede explicarse en términos de acción de masas, tal como se representa en la expresión del producto de solubilidad:

Eq2

En una mezcla en equilibrio, el producto matemático de las molaridades de los iones de plata y yoduro es constante, independientemente de la fuente de los iones, por lo que un aumento de la concentración de un ión debe equilibrarse con una disminución proporcional en el otro.

El papel de la precipitación en el tratamiento de las aguas residuales

Los equilibrios de solubilidad son herramientas útiles en el tratamiento de las aguas residuales realizado en instalaciones que pueden tratar el agua municipal en una ciudad o un pueblo. Específicamente, la precipitación selectiva se utiliza para eliminar contaminantes de las aguas residuales antes de que sean liberadas nuevamente a cuerpos de agua naturales. Por ejemplo, los iones fosfato (PO43−) suelen estar presentes en el agua servida de las fabricas. La abundancia de fosfato hace que crezca un exceso de algas, lo que afecta la cantidad de oxígeno disponible para la vida marina y hace que el agua no sea apta para el consumo humano.

Una forma común de eliminar los fosfatos del agua es mediante la adición de hidróxido de calcio, o cal, Ca(OH)2. A medida que el agua se hace más básica, los iones de calcio reaccionan con los iones fosfato para producir hidroxiapatita, Ca5(PO4)3·OH, que luego precipita fuera de la solución:

Eq3

Debido a que la cantidad de ion calcio añadido no excede los productos de solubilidad de otras sales de calcio, los aniones de esas sales permanecen en las aguas residuales. El precipitado se elimina luego por filtración, y el agua vuelve a un pH neutro mediante la adición de CO2 en un proceso de descarbonización. También se pueden utilizar otros productos químicos para la eliminación de fosfatos mediante precipitación, incluyendo el cloruro de hierro (III) y el sulfato de aluminio.

 Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 15.1: Precipitación y Disolución.

Suggested Reading

  1. Koubek, E. "Demonstration of the Common Ion Effect." Journal of chemical education 70, no. 2 (1993): 155.
  2. Amaral, L. F., I. R. Oliveira, R. Salomão, E. Frollini, and V. C. Pandolfelli. "Temperature and common-ion effect on magnesium oxide (MgO) hydration." Ceramics International 36, no. 3 (2010): 1047-1054.
  3. Cassens, Jan, Anke Prudic, Feelly Ruether, and Gabriele Sadowski. "Solubility of pharmaceuticals and their salts as a function of pH." Industrial & Engineering Chemistry Research 52, no. 7 (2013): 2721-2731.