Objetivo de aprendizaje
- Calcular la solubilidad molar de un compuesto en agua y la solubilidad molar relativa de los compuestos
Puntos clave
- El producto de solubilidad de una sustancia (Ksp) es la relación de concentraciones en equilibrio.
- La solubilidad molar de un compuesto se puede calcular directamente a partir de su producto de solubilidad.
- Incluso si los productos de solubilidad de dos compuestos son similares, sus solubilidades molares pueden ser muy diferentes.
- Los científicos aprovechan las solubilidades relativas de los compuestos para separarlos o identificarlos.
Términos
- litro Una unidad de volumen del sistema métrico no SI igual a 1 decímetro cúbico (dm3), 1,000 centímetros cúbicos ( cm3) o 1 / 1,000 metro cúbico (m3)
- solubilidad molar El número de moles de una sustancia (el soluto) que puede disociarse lved por litro de solución antes de que la solución se sature.
- saturado Contiene todo el soluto que normalmente se puede disolver a una temperatura dada.
- solución saturada Una en la que el solvente no puede disolverse más de un soluto específico a una temperatura particular.
Solubilidad molar
El producto de solubilidad de una sustancia (Ksp) es la proporción de concentraciones en equilibrio. La solubilidad molar, que está directamente relacionada con el producto de solubilidad, es el número de moles del soluto que se pueden disolver por litro de solución antes de que la solución se sature. Una vez que una solución está saturada, cualquier soluto adicional se precipita fuera de la solución. Las unidades son la molaridad (M), o mol litro-1 (mol / L).
Cálculo de la solubilidad molar
La relación entre la solubilidad molar y el producto de solubilidad significa que uno puede puede usarse para encontrar el otro.
Ejemplo 1:
La Ksp para AgI es 8.5 x 10-17 a 25 ° C. ¿Cuál es la solubilidad molar? (Sea s = la solubilidad del compuesto en agua, generalmente definida como x en una tabla ICE).
Solución:
La ecuación balanceada para la reacción es:
AgI (s) \ leftrightarrow Ag ^ + (aq) + I ^ – (aq)
La fórmula para Ksp es:
Ksp =
Ksp = s2 = 8.5 x 10-17
donde s es la concentración de cada ion en equilibrio. Ahora, resuelva para s:
s2 = 8.5 x 10-17
s = \ sqrt {8.5 \ times 10 ^ {- 17}}
s = 9.0 x 10-9 mol / L
La solubilidad molar de AgI es 9.0 x 10-9 mol / L.
Ejemplo 2:
La solubilidad Los productos para carbonato de cadmio (CdCO3) y carbonato de plata (Ag2CO3) son casi exactamente iguales. Compare sus solubilidades molares en agua a 25 ° C.
Solución:
Para carbonato de cadmio:
CdCO_3 (s) \ leftrightarrow Cd ^ {2+} (aq) + CO_3 \ ^ {2+} (aq)
Ksp =
s2 = 5,2 x 10-12
s = 2,3 x 10- 6 mol / L
Para el carbonato de plata, la expresión es ligeramente diferente. Dado que cada mol de sal produce dos moles de iones Ag +, el valor de Ag + es 2s:
Ag_2CO_3 (s) \ leftrightarrow 2Ag ^ + (aq) + CO_3 ^ {2-} (aq)
Ksp = 2
(2s) 2s = 8.2 x 10-12
4s3 = 8.2 x 10-12
s = 1.3 x 10-4 mol / L
Aunque el carbonato de cadmio y el carbonato de plata tienen casi los mismos productos de solubilidad, sus solubilidades en mol / L difieren en un factor de 100. La solubilidad del carbonato de plata es sensible al cuadrado de la concentración de iones metálicos porque se necesitan dos iones de plata por ión de carbonato para construir el cristal sólido. Por lo tanto, la forma de expresión del producto de solubilidad es diferente.
Solubilidad relativa
Si los compuestos tienen diferentes solubilidades, o solubilidades relativas, se pueden separar. Por ejemplo, en el proceso de extracción, los científicos toman algo disuelto en un líquido y lo fuerzan a disolverse en otro líquido. La cafeína debe extraerse de los granos de café para poder usarse en bebidas como los refrescos. Normalmente, la cafeína se disuelve en dióxido de carbono que se ha calentado a más de 300 K y presurizado a 73 atm, lo que la convierte en un líquido. Luego, se baja la temperatura (disminuyendo la solubilidad de la cafeína en dióxido de carbono) y se agrega agua. Se permite que el sistema alcance el equilibrio. Dado que la cafeína es más soluble en agua que en dióxido de carbono, la mayor parte va al agua.
Una técnica llamada cromatografía en papel también aprovecha las solubilidades relativas de los compuestos. En la cromatografía en papel, se coloca una pequeña cantidad de la mezcla sobre el papel aproximadamente a 1 cm del borde. Luego, el papel se suspende en una pequeña cantidad de solvente en un recipiente cerrado. A medida que el disolvente sube por el papel, los componentes de la mezcla se separan basándose en la solubilidad relativa. A medida que el solvente se acerca a la parte superior, se hace una marca para registrar el nivel y el papel se retira y se seca.Algunos componentes están coloreados y pueden verse a simple vista, pero algunos deben teñirse o irradiarse con una lámpara ultravioleta. El soluto siempre se moverá a la misma fracción de la distancia del solvente mientras la temperatura se mantenga constante. La distancia que recorre el soluto en un disolvente en particular se puede utilizar para identificar el compuesto.
