La solubilidad de una sustancia en un disolvente depende de la temperatura y de la presión, la influencia de esta última es muy pequeña cuando el soluto es un sólido. Puede expresarse en cualquiera de las diversas maneras (normalidad, molaridad, gramos de soluto por litro de disolvente, etc.) que ya conocemos.
Para el caso de las sales poco solubles resulta además muy útil definir el producto de solubilidad. Para definir este concepto, consideremos la disolución en agua de una sal muy poco soluble, tal como el sulfato de bario, BaSO4.
En una disolución de esta sal, parte de las moléculas de BaSO4 estarán disociadas en iones, según la ecuación:
Si se trata de una disolución diluida podremos aplicar a ese equilibrio la fórmula de la constante de ionización. Tendremos:
Pero puesto que el sulfato de bario es muy poco soluble en agua, la ecuación anterior puede aplicarse también a la disolución saturada, ya que el BaSO4 disuelto se encontrará en equilibrio con el BaSO4 precipitado. El denominador es en este caso constante y puede escribirse:
K . [BaSO4] = [Ba2+] . [SO4 2-]
Esta expresión se denomina producto de solubilidad. Su símbolo es Ks.
Ks = [Ba2+] . [SO4 2-]
El valor del producto de solubilidad es constante para cada temperatura.
Ejemplos:
1) Las concentraciones de las sustancias que participan en la reacción con H2 son:
-De H2 igual a 0,002 molar
-De I2 igual a 0,002 molar
-De IH igual a 0,014 molar
Hallar el valor de la constante de equilibrio.
Solución:
La fórmula de la constante de equilibrio es:
Por tanto, sustituyendo valores, será:
2) Si en la reacción anterior, a una cierta temperatura, la constante de equilibrio es 0,50 y en 40 litros de disolución hay 2 moles de hidrógeno y 8 de yodhídrico, hallar los moles de yodo que existen.
Solución:
De la fórmula:
conocemos:
K = 0,50
[H2] = 2 moles de hidrógeno / 40 litros de disolución = 0,05 molar
[IH] = 8 moles de á. yodhídrico / 40 litros de disolución = 0,2 molar
[I2] = x moles de yodo / 40 litros de disolución = x / 40 molar
En consecuencia:
es decir,
3) En la reacción PCl5 PCl3 + Cl2 32Kcal/mol
que se desarrolla a presión constante, se tiene que [PCl5] = 0,2 molar; [PCl3] = [Cl2] = 0,01 molar. a) Calcular la constante de equilibrio; b) indicar qué ocurriría si se elevase la temperatura; c) qué sucedería si se redujese la presión; d)y qué si se incrementase la concentración de PCl5 a 0,5 molar, permaneciendo constantes tanto la presión como la temperatura.
Solución:
a)
b) Por tratarse de una reacción endotérmica, al elevar la temperatura se favorece la formación de PCl5 y, en consecuencia, la disminución de las concentraciones de PCl3y de Cl2 (desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda).
c) Al haber más moles gaseosos en el segundo miembro de la reacción que en el primero, una disminución de la presión hace aumentar las concentraciones de PCl3 y de Cl2 en detrimento de la concentración de PCl5 (desplazamiento del equilibrio hacia la derecha).
d) Si se aumenta la concentración de PCl5, correlativamente han de incrementarse la de PCl3 y la de Cl2 para que la constante de equilibrio no se modifique.
Para averiguar cuánto valen las nuevas concentraciones utilizaremos la fórmula de K:
4) Hallar la concentración de iones hidronio en una disolución de ácido acético, CH3 COOH, 1M sabiendo que la constante de disociación vale 1,8·10-5.
Solución:
La reacción de ionización es:
por lo que la constante de ionización será:
Sustituyendo:
Resolviendo esta ecuación de segundo grado, resulta:
x = 0,0043 molar.
5) Hallar la molaridad de una disolución de HCl cuyo pH es 2.
Solución:
pH = log10 1 / [H3O–] = -log10 [H3O+] = 2
Es decir,
log10 [H3O+] = -2.
y, tomando antilogaritmos:
[H3O+] = 10-2 = 0,01 molar
6) Hallar el producto de solubilidad del BaSO4 sabiendo que a la temperatura de 50 °C su concentración es 1,4 · 10-5 molar.
Solución:
De la reacción:
se deduce que el producto de solubilidad vale:
Ks = [Ba2+] . [SO4 2-]
Por tanto,
Ks = (1,4 · 10-5)·(1,4 · 10-5) = 1,96·10-10.