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Solubilità dei solfuri in ambiente acido- chimicamo

Solubilità dei solfuri in ambiente acido

  |   Chimica, Stechiometria

I solfuri dei metalli alcalini e dei metalli alcalino-terrosi sono gli unici solfuri che presentano una discreta solubilità in acqua. I solfuri dei metalli di transizione sono scarsamente solubili come può essere rilevato dai bassissimi valori dei prodotti di solubilità.

Sono composti derivanti formalmente dall’acido solfidrico contenenti lo zolfo con numero di ossidazione -2. I solfuri possono essere di tipo inorganico ed avere formula MxS o di tipo organico come di dialchilsolfuri R’SR’’detti anche tioeteri.

 

Prodotti di solubilità dei solfuri

Sale Kps
CdS 1 ∙ 10-27
CoS 5 ∙ 10-22
CuS 8 ∙ 10-37
FeS 8 ∙ 10-19
PbS 3 ∙ 10-28
MnS 3 ∙ 10-11
HgS 2 ∙ 10-53
NiS 4 ∙ 10-20
Ag2S 8 ∙ 10-51
Tl2S 6 ∙ 10-22
ZnS 2 ∙ 10-25

Influenza del pH

La solubilità di un solfuro metallico poco solubile è influenzata dal pH.

Consideriamo l’equilibrio di dissociazione del solfuro MS:

MS(s) ⇌ M2+(aq) + S2-(aq)   (1)

Poiché l’acido solfidrico ha una costante acida relativa alla seconda dissociazione pari a 1.2 ∙ 10-15 il solfuro è una base forte secondo l’equilibrio di idrolisi:

S2- + H2O ⇌ HS + OH (2)

la cui costante Kb = Kw/Ka2 = 10-14/1.2 ∙ 10-15 = 8.3

sommando la (1) e la (2) si ha:

MS(s) + H2O ⇌ S2-+ HS + OH

Il prodotto di solubilità del solfuro MX può quindi essere espresso come:

Kps = [S2- ][HS ][OH]

Per il principio di Le Chatelier in ambiente acido vengono sottratti ioni OH e l’equilibrio si sposta a destra con conseguente maggiore solubilità di MX. All’aumentare della concentrazione di ioni H+e quindi al diminuire del pH la solubilità di MS aumenta.

Si consideri quindi la dissociazione di MS in ambiente acido:

MS(s) + 2 H3O+ ⇌ M2++ H2S + 2 H2O

Il prodotto di solubilità in ambiente acido può essere quindi espresso come:

Kps(acido) = [M2+] [H2S]/[H3O+]2

Detta s la solubilità di MS si ha: s = [M2+]= [H2S]

Da cui:

Kps(acido) = s ∙ s /[H3O+]2= s2/[H3O+]2

Ovvero:

s = [H3O+]√Kps(acido)

dove Kps(acido) = Kps/Kw∙Ka1*

*se ne rimanda la dimostrazione alla fine dell’articolo

Essendo Ka1 di H2S pari a 1.0 ∙ 10-7 il prodotto Kw∙Ka1  = 1.0∙ 10-14 ∙ 1.0 ∙ 10-7 = 1.0 ∙ 10-21

Esercizio

Calcolare la solubilità di FeS (Kps = 8.0 ∙ 10-19) a pH = 3 e a pH = 1

Kps(acido) = 8.0 ∙ 10-19/ 1.0 ∙ 10-21= 800

A pH = 3 si ha che  [H3O+]= 10-3 M

s = [H3O+]√Kps(acido) = 10-3  √800 = 0.028 M

A pH = 1 si ha che [H3O+]= 10-1 M

s = [H3O+]√Kps(acido) = 10-1  √800 = 2.8 M

Ciò dimostra che al diminuire del pH la solubilità aumenta

* Si considerino i tre equilibri:

H3O+ + HS ⇌ H2S + H2O la cui costante K è pari a 1/Ka1

H3O+ + OH ⇌ 2 H2O la cui costante K è pari a 1/Kw

MS + H2O ⇌ M2+ + HS + OH la cui costante è pari al Kps

Sommando membro a membro e semplificando si ha:

MS(s) + 2 H3O+ ⇌ M2++ H2S + 2 H2O

La cui costante Kps(acido) = Kps/Kw∙Ka1

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