29 febrero, 2024

Guía completa de la constante de solubilidad

¿Estás aprendiendo química pero no entiendes bien la constante del producto de solubilidad o quieres aprender más sobre ella? ¿No estás seguro de cómo calcular la solubilidad molar a partir de $ K_s_p $? La constante de solubilidad, o $ K_s_p $, es una parte importante de la química, particularmente cuando se trabaja con ecuaciones de solubilidad o se analiza la solubilidad de diferentes solutos. Cuando tienes un conocimiento sólido de $ K_s_p $, ¡esas preguntas se vuelven mucho más fáciles de responder!

En esta guía de química de $ K_s_p $, explicaremos la definición de química de $ K_s_p $, cómo resolverla (con ejemplos), qué factores la afectan y por qué es importante. En la parte inferior de esta guía, también tenemos una tabla con los valores de $ K_s_p $ para una lista larga de sustancias para que le resulte más fácil encontrar los valores de las constantes de solubilidad.

¿Qué es $ K_s_p $?

$ K_s_p $ se conoce como la constante de solubilidad o el producto de solubilidad. Es la constante de equilibrio utilizada para las ecuaciones cuando una sustancia sólida se disuelve en una solución líquida / acuosa. Como recordatorio, un soluto (lo que se está disolviendo) se considera soluble si se puede disolver completamente más de 1 gramo en 100 ml de agua.

$ K_s_p $ se usa para solutos que solo son ligeramente soluble y no se disuelve completamente en solución. (Un soluto es insoluble si nada o casi nada de él se disuelve en la solución.) $ K_s_p $ representa la cantidad de soluto que se disolverá en la solución.

El valor de $ K_s_p $ varía según el soluto. Cuanto más soluble es una sustancia, mayor es su valor químico $ K_s_p $. ¿Y cuáles son las unidades $ K_s_p $? En realidad, ¡no tiene unidad! El valor $ K_s_p $ no tiene unidades porque el las concentraciones molares de los reactivos y productos son diferentes para cada ecuación. Esto significaría que la unidad $ K_s_p $ sería diferente para cada problema y sería difícil de resolver, por lo que para hacerlo más simple, los químicos generalmente eliminan $ K_s_p $ unidades por completo. ¡Qué amables de ellos!

¿Cómo se calcula $ K_s_p $?

En esta sección, explicamos cómo escribir $ K_s_p $ expresiones químicas y cómo resolver el valor de $ K_s_p $. Para la mayoría de las clases de química, rara vez necesitará calcular el valor de $ K_s_p $; la mayoría de las veces, escribirá las expresiones o usará $ K_s_p $ valores para resolver la solubilidad (que explicamos cómo hacerlo en la sección «Por qué es $ K_s_p $ importante»).

Escribir expresiones $ K_s_p $

A continuación se muestra la ecuación del producto de solubilidad seguida de cuatro problemas de química $ K_s_p $ para que pueda ver cómo escribir expresiones $ K_s_p $.

Para la reacción $ A_aB_b $ (s) ⇌ $ aA ^ b ^ {+} $ (aq) + $ bB ^ a ^ {-} $ (aq)

La expresión de solubilidad es $ K_s_p $ = $[A^b^{+}]^ a $ $[B^a^{-}]^ b $

La primera ecuación se conoce como ecuación de disociación y la segunda es la expresión balanceada $ K_s_p $.

Para estas ecuaciones:

A y B representan diferentes iones y sólidos. En estas ecuaciones, también se denominan «productos».
a y B representan los coeficientes utilizados para equilibrar la ecuación (aq) y (s) indican en qué estado se encuentra el producto (acuoso o sólido, respectivamente) Los corchetes representan la concentración molar. Entonces [AgCl] representa la concentración molar de AgCl.

Para escribir las expresiones $ K_s_p $ correctamente, debe tener un buen conocimiento de los nombres químicos, los iones poliatómicos y las cargas asociadas con cada ion. Además, la clave a tener en cuenta con estas ecuaciones es que cada concentración (representada por corchetes) se eleva a la potencia de su coeficiente en la expresión balanceada $ K_s_p $.

Veamos algunos ejemplos.

Ejemplo 1

$ PbBr_2 $ (s) ⇌ $ Pb ^ 2 ^ {+} $ (aq) + $ 2Br ^ {¯} $ (aq)

$ K_s_p $ = $[Pb^2^{+}]$ $[Br¯]^ 2 $

En este problema, no olvide cuadrar el Br en la ecuación $ K_s_p $. Haces esto debido al coeficiente «2» en la ecuación de disociación.

Ejemplo 2

CuS (s) ⇌ $ Cu ^ {+} $ (aq) + S¯ (aq)

$ K_s_p $ = [$Cu^{+}$] [S¯]

Ejemplo 3

$ Ag_2CrO_4 $ (s) ⇌ 2 $ Ag ^ {+} $ (aq) + $ CrO_4 ^ 2 ^ {-} $ (aq)

$ K_s_p $ = $[Ag^{+}]^ 2 $ [$CrO_4^2$]

Ejemplo 4

$ Cu_3 $ $ (PO_4) ^ 2 $ (s) ⇌ $ 3Cu ^ 2 ^ {+} $ (aq) + $ 2PO_4 ^ 3 ^ {¯} $ (aq)

$ K_s_p $ = $[Cu^2^{+}]^ 3 $ [$PO_4^3^¯$]$ ^ 2 $

Resolviendo $ K_s_p $ con solubilidad

Para calcular un valor de $ K_s_p $, debe tener valores de solubilidad molar o poder encontrarlos.

Pregunta: Determine los $ K_s_p $ de AgBr (bromuro de plata), dado que su solubilidad molar es 5.71 x $ 10 ^ {¯} ^ 7 $ moles por litro.

Primero, necesitamos escribir las dos ecuaciones.

AgBr (s) ⇌ $ Ag ^ {+} $ (aq) + $ Br ^ {¯} $ (aq)

$ K_s_p $ = [$Ag^{+}$] [$Br^{¯}$]

Ahora, dado que en este problema estamos resolviendo para un valor real de $ K_s_p $, conectamos los valores de solubilidad que nos dieron:

$ K_s_p $ = (5.71 x $ 10 ^ {¯} ^ 7 $) (5.71 x $ 10 ^ {¯} ^ 7 $) = 3.26 x $ 10 ^ {¯} ^ 13 $

El valor de $ K_s_p $ es 3,26 x $ 10 ^ {¯} ^ 13 $

¿Qué factores afectan a $ K_s_p $?

En esta sección, discutimos los principales factores que afectan el valor de la constante de solubilidad.

Temperatura

La mayoría de los solutos se vuelven más solubles en un líquido a medida que aumenta la temperatura. Si desea una prueba, vea qué tan bien se mezcla el café instantáneo en una taza de agua fría en comparación con una taza de agua caliente. La temperatura afecta la solubilidad tanto de sólidos como de gases. pero no se ha encontrado que tenga un impacto definido en la solubilidad de los líquidos.

Presión

La presión también puede afectar la solubilidad, pero solo para gases que se encuentran en líquidos. La ley de Henry establece que la solubilidad de un gas es directamente proporcional a la presión parcial del gas.

La ley de Henry está escrita como pags=kc, donde

pags es la presión parcial del gas sobre el líquido
k es la ley de Henry constante
C es la concentración de gas en el líquido

La ley de Henry muestra que, a medida que disminuye la presión parcial, también disminuye la concentración de gas en el líquido, lo que a su vez disminuye la solubilidad. Por lo tanto, menos presión resulta en menos solubilidad y más presión resulta en más solubilidad.

Puede ver la ley de Henry en acción si abre una lata de refresco. Cuando la lata está cerrada, el gas está bajo más presión y hay muchas burbujas porque gran parte del gas está disuelto. Cuando abre la lata, la presión disminuye y, si deja el refresco reposando el tiempo suficiente, las burbujas eventualmente desaparecerán porque la solubilidad ha disminuido y ya no se disuelven en el líquido (han burbujeado fuera de la bebida). .

Tamaño molecular

Generalmente, los solutos con moléculas más pequeñas son más solubles que los que tienen partículas de moléculas. Es más fácil para el solvente rodear moléculas más pequeñas, por lo que esas moléculas se pueden disolver más rápido que las moléculas más grandes.

¿Por qué es $ K_s_p $ importante?

¿Por qué es importante la constante de solubilidad? A continuación se muestran tres momentos clave en los que necesitará usar $ K_s_p $ chemistry.

Para encontrar la solubilidad de los solutos

¿Se pregunta cómo calcular la solubilidad molar a partir de $ K_s_p $? Conocer el valor de $ K_s_p $ le permite encontrar la solubilidad de diferentes solutos. He aquí un ejemplo: El valor $ K_s_p $ de $ Ag_2SO_4 $, sulfato de plata, es 1.4 × $ 10 ^ {-} ^ 5 $. Determine la solubilidad molar.

Primero, necesitamos escribir la ecuación de disociación: $ K_s_p $ = $ [Ag^{+}]^ 2 $ $[SO_4^2]PS

A continuación, conectamos el valor $ K_s_p $ para crear una expresión algebraica.

1.4 × $ 10 ^ {-} ^ 5 $ = $ (2x) ^ 2 $ $ (x) $

1.4 × $ 10 ^ {-} ^ 5 $ = $ 4x ^ 3 $

$ x $ =[$SO_4^2$]= 1.5x $ 10 ^ {-} ^ 2 $ M

$ 2x $ = [$Ag^{+}$]= 3.0x $ 10 ^ {-} ^ 2 $ M

Para predecir si se formará un precipitado en las reacciones

Cuando conocemos el valor $ K_s_p $ de un soluto, podemos averiguar si se producirá un precipitado si se mezcla una solución de sus iones. A continuación se muestran las dos reglas que determinan la formación de un precipitado.

Producto iónico> $ K_s_p $ entonces se producirá precipitación Producto iónico <$ K_s_p $ entonces no se producirá precipitación

Para comprender el efecto de iones comunes

$ K_s_p $ también es una parte importante del efecto de iones comunes. El efecto del ion común establece que cuando se mezclan dos soluciones que comparten un ion común, el soluto con el valor más pequeño de $ K_s_p $ precipitará primero.

Por ejemplo, digamos que se agregan BiOCl y CuCl a una solución. Ambos contienen iones $ Cl ^ {-} $. El valor de $ K_s_p $ de BiOCl es 1.8 × $ 10 ^ {-} ^ 31 $ y el valor de $ K_s_p $ de CuCl es de 1.2 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $. BiOCl tiene el valor $ K_s_p $ más pequeño, por lo que precipitará antes que CuCl.

Tabla de constantes del producto de solubilidad

A continuación se muestra un gráfico que muestra los valores de $ K_s_p $ para muchas sustancias comunes. Los valores de $ K_s_p $ son para cuando las sustancias están alrededor de los 25 grados Celsius, que es estándar. Debido a que los valores de $ K_s_p $ son tan pequeños, puede haber pequeñas diferencias en sus valores según la fuente que utilice. Los datos de este cuadro provienen del Departamento de Química de la Universidad de Rhode Island.

Sustancia
Fórmula
$ K_s_p $ Valor

Hidróxido de aluminio $ Al (OH) _3 $ 1.3 × $ 10 ^ {-} ^ 33 $ Fosfato de aluminio $ AlPO_4 $ 6.3 × $ 10 ^ {-} ^ 19 $ Carbonato de bario $ BaCO_3 $ 5.1 × $ 10 ^ {-} ^ 9 $ Bario cromato $ BaCrO_4 $ 1.2 × $ 10 ^ {-} ^ 10 $ Fluoruro de bario $ BaF_2 $ 1.0 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $ Hidróxido de bario $ Ba (OH) _2 $ 5 × $ 10 ^ {-} ^ 3 $ Sulfato de bario $ BaSO_4 $ 1.1 × $ 10 ^ {-} ^ 10 $ Sulfito de bario $ BaSO_3 $ 8 × $ 10 ^ {-} ^ 7 $ Tiosulfato de bario $ BaS_2O_3 $ 1.6 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $ Cloruro de bismutilo $ BiOCl $ 1.8 × $ 10 ^ {-} ^ 31 $ Hidróxido de bismutilo $ BiOOH $ 4 × $ 10 ^ {-} ^ 10 $ Carbonato de cadmio $ CdCO_3 $ 5.2 × $ 10 ^ {-} ^ 12 $ Hidróxido de cadmio $ Cd (OH) _2 $ 2.5 × $ 10 ^ {-} ^ 14 $ Oxalato de cadmio $ CdC_2O_4 $ 1.5 × $ 10 ^ {-} ^ 8 $ Sulfuro de cadmio $ CdS $ 8 × $ 10 ^ {-} ^ 28 $ Carbonato de calcio $ CaCO_3 $ 2.8 × $ 10 ^ {-} ^ 9 $ Cromato de calcio $ CaCrO_4 $ 7.1 × $ 10 ^ {-} ^ 4 $ Fluoruro de calcio $ CaF_2 $ 5.3 × $ 10 ^ {-} ^ 9 $ Fosfato de hidrógeno de calcio $ CaHPO_4 $ 1 × $ 10 ^ {-} ^ 7 $ Hidróxido de calcio $ Ca (OH) _2 $ 5.5 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $ Oxalato de calcio $ CaC_2O_4 $ 2.7 × $ 10 ^ {-} ^ 9 $ Fosfato de calcio $ Ca_3 (PO_4) _2 $ 2.0 × $ 10 ^ {-} ^ 29 $ Sulfato de calcio $ CaSO_4 $ 9.1 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $ Sulfito de calcio $ CaSO_3 $ 6,8 × $ 10 ^ {-} ^ 8 $ Hidróxido de cromo (II) $ Cr (OH) _2 $ 2 × $ 10 ^ {-} ^ 16 $ Hidróxido de cromo (III) $ Cr (OH) _3 $ 6,3 × $ 10 ^ {- } ^ 31 $ Carbonato de cobalto (II) $ CoCO_3 $ 1.4 × $ 10 ^ {-} ^ 13 $ Hidróxido de cobalto (II) $ Co (OH) _2 $ 1.6 × $ 10 ^ {-} ^ 15 $ Hidróxido de cobalto (III) $ Co (OH) _3 $ 1.6 × $ 10 ^ {-} ^ 44 $ Sulfuro de cobalto (II) $ CoS $ 4 × $ 10 ^ {-} ^ 21 $ Cloruro de cobre (I) $ CuCl $ 1.2 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $ Cianuro de cobre (I) $ CuCN $ 3,2 × $ 10 ^ {-} ^ 20 $ Yoduro de cobre (I) $ CuI $ 1,1 × $ 10 ^ {-} ^ 12 $ Arseniato de cobre (II) $ Cu_3 (AsO_4) _2 $ 7.6 × $ 10 ^ {-} ^ 36 $ Carbonato de cobre (II) $ CuCO_3 $ 1.4 × $ 10 ^ {-} ^ 10 $ Cromato de cobre (II) $ CuCrO_4 $ 3.6 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $ Cobre (II) ferrocianuro $ Cu[Fe(CN)_6]$ 1.3 × $ 10 ^ {-} ^ 16 $ Hidróxido de cobre (II) $ Cu (OH) _2 $ 2.2 × $ 10 ^ {-} ^ 20 $ Sulfuro de cobre (II) $ CuS $ 6 × $ 10 ^ {-} ^ 37 $ Carbonato de hierro (II) $ FeCO_3 $ 3.2 × $ 10 ^ {-} ^ 11 $ Hidróxido de hierro (II) $ Fe (OH) _2 $ 8.0 $ 10 ^ {-} ^ 16 $ Sulfuro de hierro (II) $ FeS $ 6 × $ 10 ^ {-} ^ 19 $ Arseniato de hierro (III) $ FeAsO_4 $ 5.7 × $ 10 ^ {-} ^ 21 $ Ferrocianuro de hierro (III) $ Fe_4[Fe(CN)_6]_3 $ 3.3 × $ 10 ^ {-} ^ 41 $ Hidróxido de hierro (III) $ Fe (OH) _3 $ 4 × $ 10 ^ {-} ^ 38 $ Fosfato de hierro (III) $ FePO_4 $ 1.3 × $ 10 ^ {-} ^ 22 $ ​​Arseniato de plomo (II) $ Pb_3 (AsO_4) _2 $ 4 × $ 10 ^ {-} ^ 6 $ Plomo (II) azida $ Pb (N_3) _2 $ 2.5 × $ 10 ^ {-} ^ 9 $ Plomo (II) bromuro $ PbBr_2 $ 4.0 × $ 10 ^ {-} ^ 5 $ Carbonato de plomo (II) $ PbCO_3 $ 7.4 × $ 10 ^ {-} ^ 14 $ Cloruro de plomo (II) $ PbCl_2 $ 1.6 × $ 10 ^ {-} ^ 5 $ Cromato de plomo (II) $ PbCrO_4 $ 2.8 × $ 10 ^ {-} ^ 13 $ Fluoruro de plomo (II) $ PbF_2 $ 2.7 × $ 10 ^ {-} ^ 8 $ Hidróxido de plomo (II) $ Pb (OH) _2 $ 1.2 × $ 10 ^ {-} ^ 15 $ Yoduro de plomo (II) $ PbI_2 $ 7.1 × $ 10 ^ {-} ^ 9 $ Sulfato de plomo (II) $ PbSO_4 $ 1.6 × $ 10 ^ {-} ^ 8 $ Sulfuro de plomo (II) $ PbS $ 3 × $ 10 ^ {-} ^ 28 $ Carbonato de litio $ Li_2CO_3 $ 2.5 × $ 10 ^ {-} ^ 2 $ Fluoruro de litio $ LiF $ 3.8 × $ 10 ^ {-} ^ 3 $ Fosfato de litio $ Li_3PO_4 $ 3.2 × $ 10 ^ {-} ^ 9 $ Fosfato de magnesio y amonio $ MgNH_4PO_4 $ 2.5 × $ 10 ^ {-} ^ 13 $ Arsenato de magnesio $ Mg_3 (AsO_4) _2 $ 2 × $ 10 ^ {-} ^ 20 $ Carbonato de magnesio $ MgCO_3 $ 3.5 × $ 10 ^ {-} ^ 8 $ Fluoruro de magnesio $ MgF_2 $ 3.7 × $ 10 ^ {-} ^ 8 $ Hidróxido de magnesio $ Mg (OH) _2 $ 1.8 × $ 10 ^ {-} ^ 11 $ Oxalato de magnesio $ MgC_2O_4 $ 8.5 × $ 10 ^ {-} ^ 5 $ Mag fosfato de nesio $ Mg_3 (PO_4) _2 $ 1 × $ 10 ^ {-} ^ 25 $ Carbonato de manganeso (II) $ MnCO_3 $ 1.8 × $ 10 ^ {-} ^ 11 $ Hidróxido de manganeso (II) $ Mn (OH) _2 $ 1.9 × $ 10 ^ {-} ^ 13 $ Manganeso (II) …

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