Chapter 16: Acid-base and Solubility Equilibria

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16.13:

Precipitación Iónica

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Precipitation of Ions

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Si se mezclan las soluciones de dos compuestos iónicos, como el yoduro de sodio y el nitrato de plomo los cationes de una solución pueden combinarse con los aniones de la otra. Como uno de los productos cruzados, el nitrato de sodio, es soluble en agua, los iones de sodio y del nitrato continúan en la solución, mientras que los iones de plomo y yoduro forman un precipitado de yoduro de plomo. El cociente de reacción, Q, de la reacción de disolución es igual al producto de las concentraciones de los iones de plomo y yoduro.A diferencia del producto de solubilidad Ksp, el cociente de reacción involucra concentraciones de iones en cualquier etapa, no solo en equilibrio. Los valores de Q y Ksp se pueden comparar para predecir si ocurrirá una reacción de precipitación. Considere agregar gota a gota una solución de yoduro de sodio a la solución de nitrato de plomo.Al principio, Q es menor que Ksp, y los iones de plomo y yoduro están en la solución con los iones de sodio y nitrato. Esta es una solución insaturada. A medida que se agrega más yoduro de sodio, la concentración de iones de yoduro continúa aumentando.La reacción habrá alcanzado el equilibrio cuando Q es igual a Ksp. En esta etapa, una pequeña cantidad de yoduro de plomo sólido se encuentra en equilibrio dinámico con los iones, formando una solución saturada. La adición adicional de yoduro de sodio hace que Q sea mayor que Ksp, y que la reacción se desplace hacia el precipitado.Esta es una solución sobresaturada, donde la precipitación continúa hasta que las concentraciones de iones bajan a sus valores de equilibrio. Por ejemplo, suponga que la mezcla de soluciones de yoduro de sodio y nitrato de plomo da como resultado una solución que contiene 1, 6 10⁻⁴ iones molares de plomo, y 4, 0 10⁻⁴ iones molares de yoduro. Aquí, Q es igual a 2, 6 10⁻¹¹, mientras que el Ksp para el yoduro de plomo es 1.4 10⁻⁸.Debido a que Q es menor que Ksp, el yoduro de plomo no se precipitará. La predicción de las reacciones de precipitación puede ser muy útil durante la separación de compuestos iónicos. Considere una solución con dos iones metálicos:plomo y cobre Si se agrega ácido clorhídrico a esta solución, el cloruro de plomo precipita porque tiene una Ksp pequeña, mientras que el cobre permanece en solución ya que el cloruro de cobre es altamente soluble en agua.Esta técnica se llama precipitación selectiva.

16.13:

Precipitación Iónica

Prediciendo la precipitación

La ecuación que describe el equilibrio entre el carbonato de calcio sólido y sus iones solvatados es:

Es importante darse cuenta de que este equilibrio se establece en cualquier solución acuosa que contenga iones Ca²⁺ y CO₃²⁻, no sólo en una solución formada por agua saturada con carbonato de calcio. Consideremos, por ejemplo, mezclar soluciones acuosas de los compuestos solubles carbonato de sodio y nitrato de calcio. Si las concentraciones de iones de calcio y carbonato en la mezcla no producen un cociente de reacción, Q, que excede el producto de solubilidad, K_sp, entonces no se producirá precipitación. Si las concentraciones de iones producen un cociente de reacción mayor que el producto de solubilidad, entonces se producirá precipitación, reduciendo esas concentraciones hasta que se establezca el equilibrio (Q = K_sp). La comparación de Q conK_sp para predecir la precipitación es un ejemplo del enfoque general para predecir la dirección de una reacción. Para el caso específico de los equilibrios de solubilidad:

Q < K_sp: La reacción procede en la dirección de avance (solución no saturada; no se observa precipitación)

Q > K_sp: La reacción avanza en dirección inversa (la solución se ha saturado; se producirá precipitación)

En soluciones que contienen dos o más iones que pueden formar compuestos insolubles con el mismo contraion, se puede utilizar una estrategia experimental llamada precipitación selectiva para eliminar iones individuales de la solución. Al aumentar la concentración de contraiones de forma controlada, los iones en solución pueden precipitar individualmente, suponiendo que sus solubilidades compuestas son adecuadamente diferentes. En soluciones con iguales concentraciones de iones diana, el ion que forma el compuesto menos soluble precipitará primero (a la concentración más baja del contraión). Los otros iones se precipitan posteriormente a medida que se alcanzan las solubilidades de su compuesto.

Precipitación de haluros de plata

Una solución contiene 0,00010 mol de KBr y 0,10 mol de KCl por litro. Se añade AgNO₃ a esta solución. ¿Qué se forma primero, AgBr sólido o AgCl sólido?

Los dos equilibrios implicados son:

Si la solución contenía unas concentraciones iguales de Cl⁻ y Br^𕪒, entonces la sal de plata con el K_sp más pequeño (AgBr) precipitaría primero. Sin embargo, las concentraciones no son iguales, por lo que se debe calcular la [Ag⁺] a la cual el AgBr empieza a precipitar debe ser calculada. La sal que se forma a la [Ag⁺] más baja, precipita primero.

AgBr precipita cuando Q = K_sp para AgBr

El AgBr comienza a precipitar cuando [Ag⁺] es de 5,0 × 10⁻⁹ M.

Para AgCl:

AgCl precipita cuando Q es igual a K^sp para AgCl (1,6 × 10⁻¹⁰). Cuando [Cl⁻] = 0,10 M:

El AgCl comienza a precipitar cuando [Ag⁺] es de 1,6 × 10⁻⁹ M.

El AgCl comienza a precipitar a una [Ag⁺] más baja que el AgBr, por lo que el AgCl comienza a precipitar primero. Note que la concentración de iones cloruro de la mezcla inicial fue significativamente mayor que la concentración de iones bromuro, por lo que el cloruro de plata precipitó primero a pesar de tener un K_sp mayor que el de bromuro de plata.

Este texto está adaptado de Openstax, Química 2e, Capítulo 15.1: Precipitación y disolución.

Suggested Reading

Firsching, Ferdinand Henry. "Selective precipitation of silver halides from homogeneous solution. Separation of iodide, bromide, and chloride using volatilization of ammonia." Analytical Chemistry 32, no. 13 (1960): 1876-1878.
Reynolds, John P. "Ksp experiment: The solubility product for barium hydroxide." Journal of Chemical Education 52, no. 8 (1975): 521.
Hou, Miaolin, and George L. Baughman. "Predicting the precipitation of acid and direct dyes in natural waters." Dyes and pigments 18, no. 1 (1992): 35-46.