Equilibrio iónico: definición y cálculos

Equilibrio

¿Has visto alguna vez lo que sucede con las pasas sumergidas en un recipiente con agua durante un par de horas? Las pasas se hinchan y el agua se vuelve marrón. ¿Qué está pasando ahí? Bueno, el agua entra en las pasas a través de su piel, y parte del jugo de pasas rezuma de las pasas al agua y hace que el agua se vuelva marrón. En algún momento, se establece un equilibrio entre el jugo de pasas y el agua.

También puede haber otros ejemplos del día a día de cómo establecer este tipo de equilibrio. Por ejemplo, el agua carbonatada en una botella de refresco tiene un equilibrio entre el ácido carbónico y el dióxido de carbono (las burbujas) y el agua.

Equilibrio iónico en soluciones

El equilibrio que se establece entre las moléculas no ionizadas y los iones en la solución de electrolitos débiles se denomina equilibrio iónico . Por ejemplo, tome el ácido acético que se descompone en iones acetato e iones hidrógeno:

CH 3 COOH → CH 3 COO – + H +

Las sustancias químicas que pueden conducir electricidad en su estado acuoso o en estado fundido se denominan electrolitos . En agua pura o en una solución acuosa, el producto de las concentraciones de iones hidrógeno e hidroxilo es una constante a una temperatura determinada. Esto se denomina producto iónico del agua y se designa convencionalmente por Kw .

La idea del producto iónico del agua se puede entender observando la reacción de autoionización del agua que se puede expresar como:

H 2 O + H 2 O = H 3 O + + OH –

K w = C H 3 O + C OH –

El valor de K w a 25 ° C es 1 * 10-14 .

En el estudio de los equilibrios ácido-base en soluciones acuosas, estamos interesados ​​principalmente en la concentración de iones de hidrógeno de una solución. Las soluciones con las que nos ocupamos suelen estar diluidas y las concentraciones de iones de hidrógeno tienen una potencia negativa de 10.

El pH es una medida de la concentración de iones de hidrógeno. Es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Las soluciones acuosas a 25 ° C con un pH menor a siete son ácidas, mientras que aquellas con un pH mayor a siete son básicas o alcalinas.

El pH se puede calcular usando la siguiente fórmula.

pH = -log C H 3 O +

Analicemos cómo calcular el pH con un ejemplo.

¿Cuál será la concentración de C H 3 O + en una solución con pH = 5.6?

Solución: pH = -log C H 3 O +

• log [H 3 O + ] = -pH
• log [H 3 O + ] = -5,6
• [H 3 O + ] = antilog (-5,6) = 2,512 * 10 -6

Sales poco solubles

Las sales que tienen menor solubilidad en agua a temperatura ordinaria se denominan sales poco solubles . El cloruro de plata es un ejemplo. Cuando el exceso de una sal poco soluble se disuelve en agua, parte de la sal pasa a la solución para saturarla a temperatura ambiente.

Parece que el proceso de disolución se ha detenido, pero en realidad, se establece un equilibrio dinámico entre la sal sólida y los iones en solución. Esto se puede representar como:

AgCl (sólido) → Ag + + Cl –

En el equilibrio, las tasas de los procesos hacia adelante y hacia atrás se igualan.

Principal del producto de solubilidad

Recuerde que la ley de acción de masas establece que la velocidad de cualquier reacción química es proporcional al producto de las masas de las sustancias que reaccionan, con cada masa elevada a una potencia igual al coeficiente que ocurre en la ecuación química. La aplicación de la ley conduce al principio del producto de solubilidad , que fue propuesto por Nernst en 1889 y es de gran importancia en el análisis cualitativo y cuantitativo.

El principal establece que para un electrolito escasamente soluble, el producto de las concentraciones de los iones constituyentes (elevadas a potencias iguales al número de iones en solución) es constante a una temperatura dada.

Por tanto, para un electrolito AxBy ionizante como AxBy → xA + + yB – , el principal del producto de solubilidad establece que [A + ] x * [B – ] y = constante a temperatura constante.

Este producto de las concentraciones moleculares totales de los iones en una solución saturada de una sal poco soluble se denomina producto de solubilidad de la sal y se indica con Ks . Por ejemplo, los productos de solubilidad del fluoruro de calcio y el hidróxido de aluminio se pueden representar como:

CaF 2 (s) → Ca 2+ (aq) + 2F – (aq) Ks = [Ca 2+ ] [F – ] 2

Al (OH) 3 (s) → Al 3+ (ac) + 3OH – (ac) Ks = [Al 3+ ] [OH] 3

Los productos de solubilidad se pueden calcular a partir de las solubilidades de saturación de sales en agua pura. Las solubilidades a su vez se pueden obtener mediante el análisis directo de las soluciones saturadas. Pongamos un ejemplo.

Ejemplo de equilibrio iónico

La solubilidad del cloruro de plata es 0.0015 g.dm -3 . Calcula su producto de solubilidad.

Solución: AgCl (sólido) → Ag + + Cl –

1 mol de AgCl se disuelve para dar 1 mol de cada uno de los iones Ag + y Cl – . Ahora, la solubilidad de AgCl en g.dm -3 se obtiene dividiendo la solubilidad en gramos por su peso molecular 143,5.

Solubilidad = 0.0015 / 143.5 = 1.05 * 10-5 mol.dm -3

• [Ag + ] = [Cl – ] = 1.05 * 10-5 mol.dm -3
• Ks = [Ag + ] * [Cl – ] = 1.05 * 10-5 mol.dm -3 = (1.05 * 10-5 ) 2
• = 1,1 * 10-10

Resumen de la lección

Dediquemos unos minutos a recapitular lo que hemos aprendido sobre el equilibrio iónico. El equilibrio iónico es el equilibrio que se establece entre las moléculas no ionizadas y los iones en una solución de electrolitos débiles. El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Los ácidos producen iones de hidrógeno en solución.

Cuando una sal poco soluble se disuelve en agua, se establece un equilibrio dinámico. Recuerde que las sales poco solubles son sales que tienen menor solubilidad en agua a temperatura normal. Aplicando el principio del producto de solubilidad , que es el producto de las concentraciones de los iones constituyentes, elevado a potencias iguales al número de iones en solución y es constante a una temperatura dada, se puede calcular la solubilidad o el producto de solubilidad.