Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos

8. Equilibrios de solubilidad y de
formación de complejos
Química (1S, Grado Biología) UAM
8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos
Contenidos
• Equilibrios de solubilidad
– Solubilidad
– Producto de solubilidad
• Equilibrios de formación de iones complejos
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8. Equilibrios de solubilidad y de formación de complejos
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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,
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Equilibrios de
solubilidad
(de K muy baja)
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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
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(Constante del) Producto de solubilidad
Sales 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)
sal ( s)
iones(ac)
CaF2 ( s )
CaF2 ( s )
K ps ,T
Producto de solubilidad
de la sal a la temperatura T
(muy pequeño)
CaF2 (ac)  Ca 2 ( ac)  2F  ( ac)
 5,3 109
Ca 2 (ac)  2F  (ac) K
ps ,298
2
[Ca 2 ]eq [ F  ]eq
 K ps
[Lectura: Petrucci 19.1]
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(Constante del) Producto de solubilidad
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Relación entre solubilidad y producto de solubilidad
Disolución saturada de una sal
Ej.: Solubilidad del CaF2 en agua
CaF2 ( s )
Molaridades
Iniciales
( s )
Cambios
Equilibrio
Ca (ac)  2F  (ac)
[Ca 2 ] [ F  ]
2
0
s
s
K ps ,298  5,3 109
0
2s
2s
2
[Ca 2 ]eq [ F  ]eq
 K ps
s  2s 
2
3
 K ps ; 4s  K ps ;
s   K ps 4 
1/3
s  1,1103 M
[Lectura: Petrucci 19.2]
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Relación entre solubilidad y producto de solubilidad
Disolución saturada de una sal en presencia de otras con iones
comunes (Efecto del ion común)
Ej.: Solubilidad del CaF2 en una disolución CaCl2(ac) 0,25M
Ca (ac)  2F  (ac)
[Ca 2 ] [ F  ]
2
CaF2 ( s )
Molaridades
Iniciales
Cambios
0, 25
s
0, 25  s
( s )
Equilibrio
Opción 1 (fuerza bruta):
 0, 25  s  2s   K ps
 0, 25  s  4s 2  K ps
2
4s3  1,0s 2  5,3 109  0
(¡ecuación cúbica!)
5
s  ...  7,3 10 M
K ps ,298  5,3 109
0
2s
2s
Opción 2 (razonamiento químico):
Este caso puede verse como perturbar el equilibrio de
solubilidad en agua pura añadiendo Ca2+: el sistema
responde consumiendo Ca2+, por lo que la solubilidad
será menor (s<0,0011M).
2
ps
0, 25  s
0, 25
1,0s 2  5,3 109
0, 25  2s   K
s  7,3 105 M
[Lectura: Petrucci 19.3]
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Equilibrios de formación
de complejos
(de K muy alta)
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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
NH3 (ac)
Fe3 (ac)  6 CN  (ac)

[ Ag ( NH3 )2 ]
( ac)
[ Fe(CN )6 ]3 (ac)
K f ,298  1,6 107
K f ,298  11042
• Compuesto de coordinación
– Sustancias que contienen iones complejos
• Ej.: Ag(NH3)2Cl
[Lectura: Petrucci 19.8]
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Equilibrios de formación de complejos
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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?
K f ,298  1,6 107
Ag  (ac)  2 NH3 (ac)
[ Ag ( NH3 )2 ] (ac)
Molaridades
Iniciales
Cambios
Equilibrio
[ Ag  ]
[ NH 3 ]
1, 00
0,10
x
2x
0,10  x 1,00  2x
[ Ag ( NH 3 )2 ] 
0
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
[ Ag ( NH 3 ) 2 ] 
êq
 Kf

2
[ Ag ]eq [ NH 3 ]eq
[ NH3 ]  1,00  2  0,10  0,80 M
[ Ag ( NH 3 ) 2 ] 
0,10
9
eq


9,8

10
M
[ Ag  ]eq 
7
2
2
1, 6 10  0,80
K f [ NH 3 ]eq
¿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
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 K ps
NO
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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)
amarillo pálido
FeCl3  Fe3  3 Cl 
[ Fe3 ]
Molaridades
Iniciales
Cambios
Equilibrio
[ Fe(SCN )6 ]3 (ac)
rojo intenso
NH 4 SCN  NH 4  SCN 
K f ,298  9,7 1041
0, 010
[ Fe( SCN )6 ]3 
[ SCN  ]
0, 0022
0, 0022
x
6x
0,0022  x 0,0022  6x
2, 0
 0, 0022
9, 0
0
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
[ Fe(SCN )6 ]   0,00037 M
3
1/6
[ Fe3 ]  0,0022  0,00037  0,0018 M
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6
 0, 00037
 [ Fe( SCN )6 ]3  
   7,7 108 M
[ SCN  ]   
 [ Fe3 ] K f



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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
b)
8
[ Fe3 ]  0,0025  x  0,0025 M
aprox. igual de rojo
[ Fe(SCN )6 ]3   0,00037  x  0,00037 M
1/6
1/6
3
 [ Fe( SCN )6 ]   
0, 00037

 
8

7,3

10
M
[ SCN  ]   

3
41 
 [ Fe ] K f
  0, 0025  9, 7 10 


0,0010  6 x  0 x  1,7 104
[ Fe3 ]  0,0025  x  0,0023 M
más rojo
[ Fe(SCN )6 ]3   0,00037  x  0,00054 M
1/6
1/6
3
 [ Fe( SCN )6 ]   
0,
00054

 
8

7,9

10
M
[ SCN  ]   

3
41 
 [ Fe ] K f
  0, 0023  9, 7 10 


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