Introdução ao equilíbrio de solubilidade

RKA4JL - Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza. Nesta aula vamos realizar uma introdução ao equilíbrio de solubilidade. Para começar a nossa conversa, vamos dizer que temos um béquer com água destilada a 25 graus Celsius e a esse béquer nós vamos adicionar um pouco de sulfato de bário. O sulfato de bário é um sólido branco e uma pequena quantidade de sulfato de bário se dissolve na água e forma íons de bário 2+ em solução aquosa e íons sulfato 2- em solução aquosa também. Deixe-me desenhar isso aqui em nosso diagrama. Vamos formar alguns íons de bário 2+ e alguns ânions sulfato. Mas a maior parte do sulfato de bário permanece não dissolvido. Então vamos desenhar isso aqui no fundo do béquer. O sulfato de bário pode se dissolver para formar íons de bário 2+ e ânion sulfato em solução e ao mesmo tempo é possível que o íon bário 2+ se combine com o ânion sulfato para formar um precipitado de sulfato de bário. Quando a taxa de dissolução é igual à taxa de precipitação, o sistema está em equilíbrio. Esse tipo de equilíbrio é chamado de equilíbrio de solubilidade e quando o sistema está em equilíbrio, as concentrações de íons de bário 2+ e da solução de ânion sulfato são constantes. Além disso, a quantidade de sólido também é constante e isso forma o que nós chamamos de solução saturada. A equação balanceada mostra a dissolução de um sal de sulfato de bário e a partir da equação balanceada podemos escrever uma expressão da constante de equilíbrio. Vamos dizer aqui que a constante de equilíbrio k é igual à concentração de bário 2+ e como há um coeficiente igual a 1 na equação balanceada, essa concentração é elevada à primeira potência. Então isso vezes a concentração de sulfato também elevada à primeira potência. Como os sólidos puros são deixados de fora das expressões da constante de equilíbrio, não incluiremos o sulfato de bário sólido. Para equilíbrio de solubilidade escrevemos Kps, onde "ps" significa produto de solubilidade. A constante do produto de solubilidade Kps tem apenas um valor para um determinado sal a uma temperatura específica. Essa temperatura geralmente é de 25 graus Celsius e Kps indica quanto desse sal vai se dissolver. Por exemplo, a 25 graus Celsius o valor Kps para o sulfato de bário é 1,1 vezes 10⁻¹⁰. Quando o valor de Kps é muito menor que 1, isso indica que o sal não é muito solúvel. Portanto, o sulfato de bário não é um sal solúvel. Se o valor do Kps for maior que 1, como é para algo como o cloreto de sódio, isso indica um sal solúvel que se dissolve facilmente em água. A solubilidade de uma substancia se refere à quantidade de sólido que se dissolve para formar uma solução saturada. Um detalhe interessante é que normalmente as unidades de solubilidade estão em gramas por litro. A solubilidade molar se refere ao número de mols do sólido que se dissolve para formar um litro da solução saturada. Devido a isso, a unidade de medida vai ser mol por um litro ou apenas m, de molar. Os valores de Kps podem ser usados para prever as solubilidades relativas de sais que produzem o mesmo número de íons em solução. Por exemplo, o cloreto de prata, o brometo de prata e o iodeto de prata produzem dois íons em solução. Vamos ver a equação de dissolução do cloreto de prata aqui para ver por que isso é verdade. O cloreto de prata sólido se transforma em Ag+ e Cl-. Então temos aqui um íon Ag+ e um íon Cl-, para um total de dois íons em uma solução. Poderíamos escrever equações semelhantes para o brometo de prata e também para o iodeto de prata, de modo que todos eles produzem dois íons em solução. No entanto, um sal como cloreto de chumbo 2 produz três íons em solução. Sendo assim, o cloreto de chumbo 2 vai fornecer um íon chumbo 2+ e dois ânions cloreto em solução. Um mais dois são três íons. Como o cloreto de chumbo 2 produz três íons em solução, podemos determinar sua solubilidade em relação aos outros três comparando os valores de Kps. Aqui estão os valores que Kps para os três sais a 25 graus Celsius. Para o cloreto de prata temos 1,8 vezes 10⁻¹⁰, para o brometo de prata temos 5,0 vezes 10⁻¹³ e para o iodeto de prata temos 8,3 vezes 10⁻¹⁷. Ao comparar sais que produzem o mesmo número de íons, quanto maior o valor de Kps, maior a solubilidade do sal, e como cloreto de prata tem o valor Kps mais alto entre esses três, o cloreto de prata é o sal mais solúvel. Para saber por que isso é verdade, vamos examinar a expressão Kps para o cloreto de prata que podemos obter a partir da equação balanceada. Quanto mais alto for o valor de Kps, maior será a concentração desses íons no equilíbrio, o que significa que mais do sólido deve ter se dissolvido. Portanto, o cloreto de prata tem a maior solubilidade entre esses três sais. Vamos dizer que temos um pouco de fluoreto de cálcio sólido que adicionamos à água pura 25 graus Celsius. Em algum momento o equilíbrio é alcançado e a concentração de equilíbrio de íons cálcio 2+ é medida e tem um valor de 2,1 vezes 10⁻⁴ molar. Nosso objetivo é calcular o valor de Kps para o fluoreto de cálcio a 25 graus Celsius. O primeiro passo que temos que fazer é escrever a equação de dissolução do fluoreto de cálcio. Vamos colocar aqui o CaF₂ sólido e sabemos que o cálcio forma um cátion 2+, então escrevemos aqui Ca2+ em solução aquosa. Para equilibrar tudo isso precisamos de dois ânions fluoreto. Portanto temos aqui 2F-, também em solução aquosa. A próxima etapa é usar a equação balanceada para escrever a expressão Kps. Kps é igual à... Nós temos 1 como coeficiente na frente de Ca2+, então temos aqui a concentração de Ca2+ elevada à primeira potência vezes a concentração do ânion fluoreto. Como existe um dois como o coeficiente, a concentração do ânion fluoreto é elevada à segunda potência. Para uma expressão de Kps, essas são as concentrações de equilíbrio e já sabemos que a concentração de Ca2+ no equilíbrio é 2,1 vezes 10⁻⁴. Portanto, isso pode ser substituído na concentração de equilíbrio de Ca2+. Aqui está nossa expressão com 2,1 vezes 10⁻⁴ já substituído. Agora precisamos substituir a concentração de equilíbrio do ânion de flúor. Em nossa equação de dissolução temos que a proporção molar entre o Ca2+ e o ânion fluoreto é de um para dois. Dessa forma, em equilíbrio, há duas vezes mais íons fluoreto em solução do que íons cálcio 2+. Portanto, a concentração de equilíbrio do ânion fluoreto é o dobro dessa concentração para o cálcio 2+. Sendo assim, a concentração de equilíbrio do ânion fluoreto é igual a 4,2 vezes 10⁻⁴ molar. Sabendo disso, ao fazer os cálculos chegamos à conclusão que o Kps para o fluoreto de cálcio é igual a 3,7 vezes 10⁻¹¹, isso a 25 graus Celsius. Os valores de Kps podem ser difíceis de medir e, portanto, livros diferentes geralmente fornecem valores diferentes para Kps na mesma temperatura. Por exemplo, para o fluoreto de cálcio a 25 graus Celsius, um livro tinha Kps sendo igual a 3,5 vezes 10⁻¹¹, mas outro já tinha um valor igual a 3,9 vezes 10⁻¹¹. Como encontramos 3,7 vezes 10⁻¹¹, esse parece ser um cálculo muito bom para os números que usamos em nosso problema. Agora vamos finalmente pensar sobre a solubilidade molar do fluoreto de cálcio. Quantos mols de nosso sal se dissolveram para formar um mol de nossa solução saturada? Bem, a proporção molar de íons cálcio 2+ para o fluoreto de cálcio é de um para um. Como a concentração de íons cálcio 2+ na solução é 2,1 vezes 10⁻⁴ molar, esse número também deve ser a solubilidade molar do fluoreto de cálcio. Portanto, para esse problema, poderíamos dizer que usamos a solubilidade molar do fluoreto de cálcio para calcular o valor Kps do fluoreto de cálcio. Bem, eu espero que vocês tenham compreendido tudo que conversamos aqui e mais uma vez eu quero deixar para vocês um grande abraço e dizer que encontro vocês na próxima. Então, até lá!