Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 32 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

2.14 Produto de solubilidade

porque –4 –1 K = 1,77 × 10 mol·l, (pK = 3,75) para o ácido fórmico. A

a a

solução tem caráter ligeiramente ácido.

 

2.14 Produto de solubilidade

 

No caso de sais pouco solúveis (por convenção, aqueles em que a

solubilidade é menor do que 0,01 mol·l–1), tem-se experimentalmente que o

produto da ação das massas das concentrações dos íons é constante se a

temperatura é constante. Este produto, Ks, é chamado produto de solubilidade. No caso de um eletrólito binário

 

AB + – A + B

K + – = [A ][B]

S(AB)

 

No caso de um eletrólito A + – B , que se ioniza em p A e q B, então p q q p

 

ApBq = pAq+ + qBp–

K – (A B ) = [A ] [B]

s p q q+ p p q

 

Apresentamos, a seguir, uma dedução plausível da relação do produto de

solubilidade. Quando o excesso de um eletrólito pouco solúvel, digamos,

cloreto de prata, é agitado com água, uma parte se solubiliza em água até

que ocorre saturação e o processo se interrompe. O seguinte equilíbrio se

estabelece (o cloreto de prata está completamente ionizado em solução):

 

AgCl (s) + – Ag + Cl

 

A velocidade da reação direta depende apenas da temperatura e em uma

dada temperatura

 

r1 = k1

 

em que k1 é constante. A velocidade da reação inversa é proporcional à atividade de cada um dos reagentes. Na mesma temperatura,

 

r – = k a +a

2 2 Ag Cl em que k2 é constante. No equilíbrio, as duas velocidades são iguais, isto é,

 

k + – = k a a

1 2 Ag Cl

ou + – a a = k /k = K

Ag Cl 1 2 s(AgCl)

 

Nas soluções diluídas que estamos tratando, as atividades podem ser

consideradas como iguais às concentrações, logo [Ag + – ][Cl] = constante.

Observe que a relação do produto de solubilidade se aplica com acurácia

suficiente em análise quantitativa apenas no caso de soluções saturadas de

eletrólitos pouco solúveis e com adição de outros sais em pequenas

quantidades. Na presença de concentrações moderadas de sais, aumenta a

concentração dos íons, e, em conseqüência, a força iônica da solução. Isso

baixa, em geral, o coeficiente de atividade de ambos os íons, logo a

concentração de íons (e, em conseqüência, a solubilidade) tem de aumentar

para manter o produto de solubilidade constante. Este processo é chamado

de efeito de sal. O efeito é mais marcado quando o eletrólito adicionado

não possui um íon em comum com o sal pouco solúvel.

Dois fatores são importantes quando uma solução de um sal com um íon

comum é adicionada a uma solução saturada de um sal pouco solúvel. Em

concentrações moderadas do sal adicionado, a solubilidade geralmente

diminui. Em concentrações mais elevadas do sal solúvel, em que a força

iônica da solução aumenta consideravelmente e os coeficientes de atividade

dos íons diminuem, a solubilidade pode eventualmente aumentar. Esta é

uma das razões de se evitar um excesso muito grande do agente de

precipitação em análise quantitativa.

Os exemplos a seguir ilustram como calcular os produtos de solubilidade

a partir dos dados de solubilidade e vice-versa.

 

Exemplo 2.5

 

A solubilidade do cloreto de prata é 0,0015 g·l –1. Calcule o produto de

solubilidade.

A massa molecular relativa do cloreto de prata é 143,3. A solubilidade é,

portanto, 0,0015/143,3 = 1,05 × 10 –5 –1 mol·l. Em uma solução saturada, 1

mol de AgCl dará 1 mol de Ag+ – + –5 e 1 mol de Cl . Assim, [Ag ] = 1,05 × 10

mol·l–1 – –5 –1 e [Cl ] = 1,05 × 10 mol·l.

 

K + –5 –5 = [Ag ] = (1,05 × 10 ) × (1,05 × 10)

s(AgCl)

[Cl–]

= 1,11 × 10–10 2 –2 mol · 1

 

Exemplo 2.6

 

Calcule o produto de solubilidade do cromato de prata, considerando que

sua solubilidade é 2,5 × 10 –2 –1 g·1 e que

 

A massa molecular relativa de Ag2CrO4 é 331,7, logo

 

solubilidade –2 = 2,5 × 10/331,7

= 7,5 × 10–5 –1 mol·l

 

Como 1 mol de Ag + CrO libera dois moles de Ag e um de ,

2 4

 

Exemplo 2.7

 

O produto de solubilidade do hidróxido de magnésio é 3,4 × 10 –11 3 –3 mol ·1.

Calcule sua solubilidade em gramas por litro.

Temos

 

Mg(OH) 2+ – Mg + 20H

2

[Mg2+ – 2 –11 ][OH ] = 3,4 × 10

 

A massa molecular relativa do hidróxido de magnésio é 58,3. Cada mol do

composto, dissolvido, libera 1 mol de íons magnésio e 2 moles de íons

hidróxido. Se o produto de solubilidade é –1 2+ s mol·l , então, [Mg] = s e

[OH–] = 2s. Substituindo estes valores na expressão do produto de

solubilidade:

 

s 2 –11 × (2 s ) = 3,4 × 10

s –4 –1 = 2,0 × 10 mol·l

= 2,0 × 10–4 × 58,3

= 1,2 × 10–2 –1 g · 1

 

A grande importância do conceito de produto de solubilidade está em seu

significado para a precipitação de substâncias em solução, uma das

operações importantes da análise quantitativa. O produto de solubilidade é o

valor limite do produto das concentrações dos íons quando se estabelece o

equilíbrio entre a fase sólida de um sal pouco solúvel e a solução. Se as

condições experimentais são tais que o produto da concentração dos íons é

diferente do produto de solubilidade, o sistema se altera para que o

equilíbrio se restabeleça. Assim, para um dado eletrólito, se o produto das

concentrações dos íons em solução é arbitrariamente aumentado de modo a

exceder o produto de solubilidade, digamos, com a adição de um sal com

um íon comum, o sistema se ajusta de modo que ocorre, no equilíbrio, a

precipitação do sal sólido, desde que não ocorra o fenômeno da

supersaturação. Se o produto das concentrações de íons é menor do que o

produto de solubilidade ou se arbitrariamente o sistema é colocado nestas condições, digamos, pela formação de um sal complexo ou pela formação