Effetto del pH sulla solubilità. Esercizi


La solubilità di sali poco solubili derivanti da base forte e acido debole come i solfuri, i cianuri e i fluoruri aumenta al diminuire del pH ovvero all’aumentare della concentrazione dello ione H+.

Consideriamo, ad esempio, la solubilità del fluoruro di calcio al variare del pH.

In acqua si tiene conto dell’equilibrio eterogeneo di dissoluzione del fluoruro di calcio:

CaF2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2 F(aq)

Regolato dal prodotto di solubilità Kps= 5.3 ∙ 10-9 = [Ca2+][F]2

Pertanto in acqua detta s la solubilità del sale si ha che all’equilibrio:

[Ca2+] = s

[F] = 2s

Sostituendo questi valori nell’espressione del Kps si ha:

Kps= 5.3 ∙ 10-9 = (s)(2s)2 = 4s3

Da cui s = solubilità = ∛5.3 ∙ 10-9 /4 = 0.0011 M

Se la soluzione è acida avviene la protonazione dello ione F quindi la concentrazione di F diminuisce e affinché il valore di Kps rimanga lo stesso deve aumentare la concentrazione di Ca2+.

Esercizi

1) Calcolare la solubilità del benzoato di argento in acqua e a pH = 3.19  (Kps= 2.5∙ 10-13; Ka= 6.46 ∙10-5)

In acqua si tiene conto dell’equilibrio eterogeneo di dissoluzione del benzoato di argento:

C6H5COOAg(s) ⇌ C6H5COO(aq) + Ag+(aq

Regolato da un prodotto di solubilità Kps= 2.5∙ 10-13= [Ag+][ C6H5COO]

Pertanto in acqua detta s la solubilità del sale si ha che all’equilibrio:

[Ag+] = s

[C6H5COO] = s

Sostituendo questi valori nell’espressione del Kps si ha:

Kps= 2.5∙ 10-13; = (s)(s) = s2

Da cui s = solubilità = 5.0 ∙ 10-7 M

Per calcolare la solubilità del benzoato di argento a pH = 3.19  consideriamo quindi i due equilibri:

C6H5COOAg(s) ⇌ C6H5COO(aq) + Ag+(aq) in cui K = Kps

C6H5COO(aq) + H3O+(aq) ⇌ C6H5COOH(aq) + H2O(l)     in cui K = 1/Ka

Sommando membro a membro e semplificando si ha che l’equilibrio complessivo è:

C6H5COOAg(s) + H3O+(aq) ⇌ Ag+(aq) +C6H5COOH(aq) + H2O(l)    

Per il quale la costante di equilibrio K = Kps / Ka  = 2.5∙ 10-13/6.46 ∙10-5 = 3.9 ∙ 10-9

3.9 ∙ 10-9 = [Ag+] [C6H5COOH]/[H3O+]

A pH = 3.19  si ha che [H3O+] = 10-3.19 = 6.46 ∙ 10-4 M

Costruiamo una I.C.E. chart

  C6H5COOAg(s)  H3O+ Ag+ C6H5COOH(aq)
Stato iniziale   6.46 ∙ 10-4 M      
Variazione   -x   +x +x
All’equilibrio   ~ 6.46 ∙ 10-4 M   x x

Sostituendo nell’espressione della costante di equilibrio:

3.9 ∙ 10-9 = (x)(x)/ 6.46 ∙ 10-4

x = solubilità molare =1.6 ∙ 10-6 M

Si noti che la solubilità del benzoato di argento a pH = 3.19 è aumentata di un ordine di grandezza rispetto a quella calcolata in acqua

 

2) Calcolare la solubilità del fluoruro di calcio in una soluzione tamponata a pH = 1.0

(Kps= 5.3 ∙ 10-9; Ka= 6.6 ∙10-4)

Consideriamo quindi i due equilibri:

CaF2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2 F(aq)    in cui K = Kps

2 F(aq) +2 H3O+(aq) ⇌ 2 HF(aq)+ 2 H2O(l)     in cui K = 1/Ka2

Sommando membro a membro e semplificando si ha che l’equilibrio complessivo è:

CaF2(s)  + 2 H3O+(aq)  ⇌ Ca2+(aq) + 2 HF(aq)+ 2 H2O(l)     in cui K = Kps / Ka2  = 5.3 ∙ 10-9/(6.6 ∙10-4)2= 0.012

Per questo equilibrio:

K = 0.012 = [Ca2+][HF]2/[H3O+]2

Poiché la soluzione è tamponata a pH = 1.0 si ha che [H3O+] = 0.10 M

Costruiamo una I.C.E. chart

  CaF2(s)  2 H3O+ Ca2+ 2 HF
Stato iniziale   0.10      
Variazione   -2x   +x +2x
All’equilibrio   ~ 0.10   x 2x

 

Sostituendo nell’espressione della costante di equilibrio:

K = 0.012 = (x)(2x)2/(0.10)2 = 4x3/0.010

0.00012 = 4x3

Da cui x = solubilità molare = ∛0.00012/4 = 0.031 M

Si noti che la solubilità del fluoruro di calcio a pH = 1.0 è aumentata di un ordine di grandezza rispetto a quella calcolata in acqua

Autore: Chimicamo

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